Wetenschappers theoretiseren dat de omstandigheden in het binnenste van de aarde extreem heet zijn en extreem onder druk staan. Hierdoor kan de voornamelijk ijzer- en nikkelkern worden verdeeld tussen een vast binnengebied en een vloeibaar buitengebied. De dynamiek van deze kern wordt verondersteld verantwoordelijk te zijn voor het aansturen van de beschermende magnetosfeer van onze planeet, en daarom zijn wetenschappers vastbesloten hun begrip ervan te verbeteren.
Dankzij nieuw onderzoek, uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers, lijkt het erop dat de kernregio ook een groot deel van de "sneeuw" krijgt! Met andere woorden, hun onderzoek toonde aan dat kleine ijzerdeeltjes in de buitenste kern stollen en vallen en stapels vormen tot 320 km dik bovenop de buitenste kern. Deze bevindingen kunnen ons begrip van de krachten die de hele planeet beïnvloeden enorm verbeteren.
Het onderzoek werd uitgevoerd door een team van onderzoekers van de Jackson School of Geosciences aan de Universiteit van Texas in Austin, die werden geleid door prof. Youjun Zhang van het Sichuan University Institute of Atomic and Molecular Physics. De studie die hun onderzoek beschrijft, werd gepubliceerd in het 23 december nummer van de Journal of Geophysical Research (JGR) Solid Earth.
Het bestuderen van de diepten van de aarde is geen gemakkelijke taak, aangezien de grond doordringende radar niet kan onderzoeken dat diepe en directe bemonstering absoluut onmogelijk is. Dientengevolge worden onderzoekers gedwongen het interieur van de aarde te bestuderen door middel van seismologische wetenschap - d.w.z. de studie van geluidsgolven die worden gegenereerd door geologische activiteit en die regelmatig door de planeet gaan.
Door deze golven te meten en te analyseren, kunnen geologische wetenschappers een beter beeld krijgen van de structuur en samenstelling van het interieur. In de afgelopen jaren hebben ze een discrepantie opgemerkt tussen de seismische gegevens en de huidige modellen van de aardkern. In wezen zouden de gemeten golven langzamer bewegen dan verwacht wanneer ze door de basis van de buitenkern gaan en sneller wanneer ze door het oostelijk halfrond van de binnenkern bewegen.
Om dit mysterie op te lossen, stelden prof. Zhang en zijn collega's voor dat kristallisatie van ijzerdeeltjes zou kunnen plaatsvinden in de buitenkern, waardoor een "met sneeuw bedekte" binnenkern zou ontstaan. De theorie dat er een slurrylaag bestaat tussen de binnen- en buitenkern werd voor het eerst voorgesteld door S.I. Braginskii in 1963, maar werd afgewezen vanwege de heersende kennis van warmte- en drukomstandigheden in de kern.
Door een reeks experimenten uit te voeren op kernachtige materialen en recentere wetenschappelijke studies konden Prof. Zhang en zijn team echter aantonen dat kristallisatie in de buitenste kern inderdaad mogelijk is. Bovendien ontdekten ze dat ongeveer 15% van het onderste deel van de buitenste kern gemaakt kon worden van op ijzer gebaseerde kristallen die uiteindelijk zullen vallen en bovenop de vaste binnenste kern gaan zitten.
"Het is een beetje bizar om over na te denken", zegt Nick Dygert, een assistent-professor aan de Universiteit van Tenessee die het onderzoek hielp uitvoeren als onderdeel van een postdoctorale fellowship met de JSG. "Je hebt kristallen in de buitenkern die over een afstand van enkele honderden kilometers op de binnenkern sneeuwen."
Zoals Prof. Jung-Fu Lin (een andere co-auteur van de studie) uitlegde, is dit vergelijkbaar met hoe rotsen zich vormen binnen vulkanen. "De metalen kern van de aarde werkt als een magmakamer waarvan we beter weten in de korst", zei hij. Het team vergeleek zelfs de proceshoed die ervoor zorgt dat zich stapels ijzerdeeltjes vormen op de buitenste kern van de aarde met wat er gebeurt in magmakamers dichter bij het aardoppervlak.
Terwijl het verdichten van mineralen in magmakamers het zogenaamde "cumulaat gesteente" creëert, draagt de verdichting van ijzerdeeltjes diep in het binnenste van de aarde bij tot de groei van de binnenkern en het krimpen van de buitenkern. De opeenhoping van deze deeltjes tegen de buitenste kern zou de seismische aberraties verklaren, aangezien een variatie in dikte tussen de oostelijke en westelijke hemisferen de verandering in snelheid zou verklaren.
Gezien de invloed van de kern op planeetbrede fenomenen - zoals de bovengenoemde magnetosfeer en de verwarming die tektonische activiteit aanstuurt - is het essentieel om meer te leren over de samenstelling en het gedrag ervan om ons begrip van hoe deze grotere processen werken te verbeteren. In dit opzicht zou het onderzoek van prof. Zhang en zijn collega's kunnen helpen bij het oplossen van al lang bestaande vragen over het interieur van de aarde en hoe het tot stand kwam.
Zoals Bruce Buffet, een professor in de geowetenschappen aan de UC Berkley die planetaire interieurs bestudeert (en niet betrokken was bij de studie) het verwoordde:
“Door de modelvoorspellingen te relateren aan de afwijkende waarnemingen, kunnen we conclusies trekken over de mogelijke samenstellingen van de vloeibare kern en deze informatie misschien koppelen aan de omstandigheden die golden op het moment dat de planeet werd gevormd. De uitgangsconditie is een belangrijke factor om de aarde de planeet te laten worden die we kennen. ”
Gezien de manier waarop de magnetosfeer van de aarde en zijn tektonische activiteit vermoedelijk een cruciale rol hebben gespeeld bij het ontstaan en de evolutie van het leven, zou het begrijpen van de dynamiek van het binnenste van onze planeet ook kunnen helpen bij de jacht op mogelijk bewoonbare exoplaneten - om nog maar te zwijgen van extra- aardse leven!
Het onderzoek werd gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China, Fundamental Research Funds for the Central Universities, de Jackson School of Geosciences, de National Science Foundation en de Sloan Foundation.
