‘Met het aardmagneetveld verdwijnt ook de atmosfeer’

Interview met Lennart de Groot, winnaar Vening Meineszprijs 2016

Lennart de Groot won dit jaar de Vening Meineszprijs voor zijn onderzoek aan het magneetveld van de aarde. De Groot is aardwetenschapper bij Fort Hoofddijk, het geomagnetisch laboratorium van de Universiteit Utrecht. Wat zoekt hij precies uit?

door

Het is even zoeken naar een geschikt moment voor het gesprek. De tijd die ik voorstel, ergens halverwege de ochtend, komt De Groot bijzonder slecht uit. “Dan slaap ik”, mailt hij terug. De Groot zit dan ook enkele maanden in San Diego, om samen te werken met een groep Amerikaanse collega’s van het Scripps Institute for Oceanography. Uiteindelijk bel ik hem op een dinsdagavond meteen na het eten. Zelf zit hij vermoedelijk net aan zijn eerste koffie van de dag.

800px kompas sofia
Bios, WikimediaCommons, CC BY-SA 3.0

Wat is het aardmagneetveld?

Hij richt je kompasnaald, vormt een schild tegen kosmische straling, en zorgt dat duiven de weg naar huis kunnen vinden: het magneetveld van de aarde. Het aardmagneetveld is aan veranderingen onderhevig, zowel de sterkte als de richting variëren door de tijd heen. In de loop der miljoenen jaren is het zelfs al een paar keer omgepoold, waarbij de magnetische noord- en zuidpool van plaats wisselden.

Ik heb je website net bekeken. Ik zag foto’s van jou in Portugal, Sicilië, de Canarische eilanden… Wat ben je allemaal aan het doen?

“Die foto’s zijn uit mijn promotietijd, toen werkte ik aan het verbeteren van technieken om de sterkte van het aardmagneetveld te bepalen. Nu gebruiken we dezelfde technieken om de variaties in het magneetveld van de aarde van de afgelopen 3000 jaar in kaart te brengen.”

“De sterkte van het magneetveld varieert niet alleen in de tijd, maar is ook afhankelijk van de plaats waar je op aarde bent. We weten dat er op het zuidelijk halfrond een regio is waar het magneetveld extreem laag is. Deze afwijking in magneetsterkte heet de Zuid-Atlantische Anomalie. Het centrum ervan ligt op dit moment bij Brazilië. Iedereen in het vakgebied weet dat, het is een zeer bekend fenomeen, maar er zijn op het zuidelijk halfrond nauwelijks metingen aan het aardmagneetveld gedaan. We hebben er in totaal 250 meetpunten, waarvan ongeveer 100 met zekerheid betrouwbaar zijn. Op het noordelijk halfrond zijn dat er voor hetzelfde tijdvak 3000.”

“Onze kennis over de Zuid-Atlantische Anomalie is dus voornamelijk afgeleid uit metingen er ver vandaan. Wij denken dat je er meer over te weten kan komen als je ook dichterbij gaat meten. Afgelopen maart zijn we daarom naar het eiland Réunion gegaan, net ten oosten van Madagaskar. Daar zit je op de rand van het gebied met de lage magneetsterkte. De belangrijkste vraag die we willen beantwoorden is of de Zuid-Atlantische Anomalie beweegt: verplaatst hij zich over de aardbol of ligt hij op één plek”?"

Over Lennart de Groot

Lennartdegroot

Lennart de Groot neemt gesteentemonsters op Gran Canaria Universiteit Utrecht, CC1.0

Lennart de Groot studeerde eerst een jaar natuurkunde en daarna drie jaar aardwetenschappen. Daarna deed hij een Master in de geofysica – deels in Utrecht en deels bij de Colorado School of Mines in de Verenigde Staten. Hij promoveerde bij de vakgroep Paleomagnetisme van de Universiteit Utrecht.

Waardoor kan zo’n anomalie veroorzaakt worden?

“Door wervelingen in de stroming van de buitenkern van de aarde. De aardkern bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel, en werkt als een dynamo. De buitenkern is vloeibaar, de binnenkern vast. Het magneetveld ontstaat doordat het ijzerrijke materiaal van de buitenkern om de vaste binnenkern stroomt. Onregelmatigheden in het aardmagneetveld duiden dus waarschijnlijk op onregelmatigheden in die stroming.”

“Door het aardmagneetveld door de tijd goed in kaart te brengen, krijg je dus eigenlijk een inkijkje in de aardkern. Het is in die zin een aanvulling op de seismologie, waarbij je aardbevingsgolven gebruikt om een plaatje van de binnenkant van de aardbol te maken, vergelijkbaar met een CT-scan van je hoofd. Met seismologische methoden kan je de kern als het ware zien, terwijl je met het magneetveld een idee krijgt van de dynamiek.”

Het aardmagneetveld neemt af, toch? Het verliest aan kracht, hoor ik altijd?

“Klopt, de afgelopen vijfhonderd jaar is de sterkte gemiddeld met zo’n 25 procent afgenomen. Wat je er alleen haast nooit bij hoort, is dat het nog altijd behoorlijk hoog is. Het magneetveld is 40 tot 50 procent sterker dan het gemiddeld geweest is in de afgelopen miljoenen jaren. Bovendien zijn er ook wat dit betreft weer grote verschillen tussen de verschillende gebieden op aarde. Wacht, ik mail je een plaatje…

Swarm2

Het magneetveld van de aarde, gemeten door satellieten van de SWARM-missie van de ESA. Lennart de Groot, op basis van gegevens ESA

Hierop zie je het magneetveld zoals dat gemeten wordt door satellieten van de zogeheten ‘SWARM-missie’ van de ESA. Het is bijna een momentopname – links een plaatje van januari 2014, rechts de veranderingen in sterkte vanaf dat moment tot juni 2014 – maar je ziet al dat de regionale verschillen groot zijn. Bij Réunion nam het veld toe, in Noord-Amerika juist af. Het toont aan dat je geen uitspraken over het magneetveld kan doen op basis van alleen een paar lokale metingen."

De Vening Meineszprijs

De Vening Meineszprijs van NWO Aard- en Levenswetenschappen wordt eens per twee jaar uitgereikt aan de meest veelbelovende pas gepromoveerde aardwetenschapper. De prijs is vernoemd naar één van de grondleggers van de Nederlandse aardwetenschappen, de geofysicus Felix Vening Meinesz.

Een paar maanden geleden deed het bericht de ronde dat het aardmagneetveld ooit in 15 jaar is omgepoold. Dat is dus niet waar?

“Niet per se. De metingen waren gedaan in een meertje in Italië, dus de onderzoekers hadden één meetpunt op de hele aarde. Het is lastig om een uitspraak te doen over een ompoling van het hele aardmagneetveld op basis van één locatie; het kan best dat zij een lokaal fenomeen gezien hebben. Bovendien is het mogelijk dat er hiaten in de stratigrafie (sedimentopvolging) zitten. Maar het is wel mediageniek natuurlijk.”

Polarlicht 2

Het magneetveld leidt elektro-magnetische straling om naar de polen. Dit is de reden dat het poollicht, dat ontstaat door zonne-uitbarstingen, alleen dicht bij de polen te zien is – in dit geval in Alaska. United States Air Force photo by Senior Airman Joshua Strang, Publiek domein

Is het eigenlijk erg dat het magneetveld afneemt? Stel dat het helemaal verdwijnt, wordt de aarde dan onleefbaar?

“Grappig dat je dat vraagt, het is één van de dingen waar we hier in Amerika over aan het nadenken zijn. Het magneetveld vormt een schild om de aarde dat elektromagnetische straling tegenhoudt – of eigenlijk doet afbuigen naar de polen. Eén van de dingen die die straling doet, is atomen van de atmosfeer wegschieten. Als er heel lang heel veel elektromagnetische straling is, dan zal de atmosfeer dus op een gegeven moment verdwijnen. Mars had ooit een magnetisch veld – en ooit ook een dikkere atmosfeer dan nu. Je kan je dus afvragen of die atmosfeer tegelijk met het magneetveld is verdwenen.”

“Ook op aarde zullen we het magneetveld kwijtraken, maar pas als de aardbol zo ver is afgekoeld dat de buitenkern ophoudt met stromen. Dat is niet iets om je zorgen over te maken overigens, het duurt nog wel enkele miljarden jaren. Maar ook andersom is interessant: wanneer kreeg de aarde een stabiel magneetveld? Mogelijk was dat op het moment dat de vaste binnenkern ontstond, want die stabiliseert de stroming in de vloeibare buitenkern. Het idee is dat dit een half tot 1 miljard jaar geleden gebeurde.”

“Ruim een half miljard geleden ontstond tevens op grote schaal nieuw, meercellig leven – in relatief korte tijd. Kan het zijn dat het met elkaar te maken heeft? Dat er dankzij het magneetveld, dat de elektromagnetische straling tegenhield, eindelijk een atmosfeer kon ontstaan die geschikt was voor leven? Het is niet meer dan een hypothese hoor, maar het zou best kunnen.”

3 robot

De ‘robot’ kan veel metingen autonoom uitvoeren. De gesteentemonsters worden ingepakt in de kubusjes links onder, en door de robotarm goed op de het apparaat geplaatst. Lennart de Groot, Universiteit Utrecht, CC1.0

Hoe bepaal je het magneetveld van het verleden?

Om de sterkte van het magneetveld in het verleden te bepalen gebruiken onderzoekers lavastenen waarvan bekend is wanneer ze gestold zijn.

Op het moment dat het gesteente tijdens het stollingsproces onder een bepaalde grenstemperatuur duikt – de Curietemperatuur, die bij lava meestal tussen de 250 en 580°C ligt – raakt het ijzer dat in gesteente zit gemagnetiseerd en slaat daarbij de staat van het magneetveld van de aarde van dat moment op.

De richting van het magneetveld van destijds is met deze methode makkelijk te bepalen. Voor de sterkte is dat ingewikkelder, omdat die ook afhankelijk is van andere zaken als de chemische samenstelling en korrelgrootte van het gesteente.

Voor zijn promotie-onderzoek ontwierp De Groot een methode om de sterkte van het magneetveld beter en sneller dan voorheen te kunnen bepalen, onder andere met de ‘robot’ hiernaast.

Maar zelf hoeven we ons dus voorlopig geen zorgen te maken?

“Nee. Een afname van het magneetveld zoals we nu zien, heeft geen invloed op de atmosfeer of op onze gezondheid. Wel hebben we steeds meer apparatuur die werkt met elektromagnetische signalen, zoals mobiele telefoons, wifi en GPS. Dit soort apparaten kan van slag kan raken als de achtergrondstraling hoger wordt, simpelweg omdat ze er niet op ontworpen zijn. We zijn immers maar weinig achtergrondstraling gewend. Dat kan problemen geven – en dat doet het soms ook al wel. Sommige satellieten hebben af en toe last van storingen. Toen dat in kaart werd gebracht, bleek dat die storingen altijd voorkwamen als ze net boven de Zuid Atlantische Anomalie vlogen.”