De binnenste kern van de aarde draait met zijn eigen snelheid, is erg heet en heeft hoogstwaarschijnlijk bijgedragen aan het behoud van leven
Hoe kon de aarde haar magnetisch veld zo snel herstellen?
Wetenschappers beginnen dat steeds meer te gelovendit was te wijten aan de opkomst van de binnenste kern van de aarde. Het is een bol van massief ijzer die zich in een gesmolten buitenkern bevindt. Dit laatste bestaat uit ziedend metaal dat het magnetische veld van de planeet opwekt.
Onderzoekers suggereren dat de binnenste kernverscheen ongeveer 4 miljard jaar na de geboorte van de planeet zelf. Het groeide langzaam, een paar millimeter per jaar. Dit leidde, zo geloven wetenschappers, tot activiteit in de buitenste kern en veroorzaakte een toename van de kracht van het magnetische veld.
"De binnenkern heeft het magnetische veld hersteld"Aarde: en het gebeurde op het meest geschikte moment in de evolutie, zegt John Tarduno, een geofysicus aan de Universiteit van Rochester. "Wat zou er zijn gebeurd als het niet was gevormd?"
Wetenschappers vragen zich nog steeds af hoe en waarom de internede kern verscheen tijdens deze periode. "De binnenste kern is een planeet in een planeet", zegt Hrvoe Tkalcic, een seismoloog aan de Australian National University (ANU). “Het heeft zijn eigen topografie, zijn eigen rotatiesnelheid en structuur. Het ligt onder onze voeten, maar er is nog veel dat we niet begrijpen over hoe het werkt."
Hoe wordt onze innerlijke "planeet" bestudeerd?
Om de binnenkern te bestuderen, gebruiken onderzoekers zeldzame seismische golven van aardbevingen of kernproeven die de binnenkern binnendringen of reflecteren.
Dus seismologen ontdekten dat de binnenkerndraait onafhankelijk van de rest van de planeet. Met behulp van computermodellen voorspelden ze de structuur ervan, evenals het ongebruikelijke gedrag van ijzerlegeringen onder hoge druk.
Lange tijd had de mensheid onvolledigeideeën over de interne structuur van de aarde. Het was pas in het begin van de jaren dertig dat Inge Lehmann, een Deense seismoloog, een nieuwe variëteit aan P-golven of drukgolven opmerkte. Ze wezen erop dat de kern van de aarde niet volledig vloeibaar is. In 1936 had Lehmann geconcludeerd dat de aarde een solide binnenkern had. Verder merkten de onderzoekers dat de P-golven die door de binnenkern gaan elk jaar iets worden versneld. Dit kan maar op één manier worden verklaard - de binnenkern roteert sneller dan de rest van de planeet, ongeveer 1 ° per jaar. Elke 400 jaar, zo suggereerden ze in een Nature-paper uit 1996, maakte de binnenkern een extra revolutie in de aarde.
Deze ontdekking schokte veel geofysici, diede binnenkern werd verondersteld te roteren met dezelfde snelheid als de mantel. Als je de rotatie ervan bestudeert, zal het helpen te begrijpen hoe de binnenkern verbinding maakt met de buitenste en het magnetische veld beïnvloedt. Het zal ook verklaren waarom de magnetische polen van de aarde van tijd tot tijd afdwalen en omslaan.
Dus de binnenkern beweegt sneller dan de aarde, toch?
Niet echt.Onderzoeker Yi Yang stelde later de meest uitgebreide aardbevingsdatabase ter wereld samen. Na ze te hebben geanalyseerd, ontdekte Yang dat de binnenkern met dezelfde snelheid roteert als de mantel. Toen kwam er een nog ongebruikelijker feit: volgens een onderzoek uit 2021 draaide de binnenste kern langzamer dan de rest van de planeet, ongeveer 0,05° per jaar.
Onderzoekers zijn begonnen te speculeren datde innerlijke kern heeft zijn eigen ritme. Al tientallen jaren volgen radioastronomen minieme veranderingen in de rotatie van de aarde. Ze werden waargenomen volgens het ruimtereferentiesysteem: ze volgden veranderingen in de positie van verre ruimtevoorwerpen. De meeste fluctuaties gedurende het jaar zijn te wijten aan orkanen en aardbevingen, maar er is een kleine, regelmatige 6-jarige fluctuatie die niet gemakkelijk kan worden verklaard.
“We weten nog niet waarom dit gebeurt, maar iedereen gokt op de kern”, zegt Benjamin Chao, landmeter bij Academia Sinica.
Waar is de binnenkern van gemaakt?
De binnenkern is de meest metalen plekop de grond. Het bevat zelfs meer metalen dan de buitenste. Beide zijn voornamelijk gemaakt van ijzer met een vleugje nikkel. Er wordt ook aangenomen dat ijzer sporen van lichtere elementen zoals zuurstof, koolstof en silicium bevat.
Wanneer ijzer kristalliseert op een groeiendoppervlak van de binnenkern, werpt het enkele van deze elementen uit zichzelf. Het resultaat is bijna puur ijzer. Het is als ijsvorming in een emmer met zout water: het verdringt het zout en wordt grotendeels zoet water. Elementen die uit de kern worden uitgestoten, zijn lichter dan ijzer: ze stijgen op en rennen naar voren: dit proces veroorzaakt tot 80% van de convectie, die het magnetische veld van de aarde genereert.
Convectie is een vorm van warmteoverdracht en warmteoverdracht, waarbij interne energie wordt overgedragen door stralen en stromen van de stof zelf.
Wat weten we nog niet over de innerlijke kern?
Wat gebeurt er met het resterende ijzer - over dit onderwerper is een voortdurend debat. IJzeratomen op het aardoppervlak hebben – net als die in een gietijzeren koekenpan – een kubusvormige structuur. Maar als kleine stukjes ijzer tussen twee diamanten worden geperst en een druk creëren die vergelijkbaar is met die in de binnenkern, herschikken de atomen zichzelf in zeshoeken.
De moeilijkheid is dat nog niemand dat heeft gedaanweet wat er met ijzer gebeurt als het tegelijkertijd wordt samengedrukt en tot duizenden graden wordt verhit, zegt Lidunka Vochadlo, een computationeel mineraalfysicus aan het University College London.
Deze omstandigheden zijn moeilijk te recreëren in het laboratorium,omdat de koolstof in diamanten vaak ijzer verontreinigt bij verhitting, merkte Vochadlo op. Zijn team voerde computersimulaties uit en ontdekte dat de vorm van een zeshoek, of zeshoek, de meest stabiele structuur is in de omstandigheden van de binnenkern. De modellen laten ook zien dat puur ijzer zacht wordt als het op 98% van zijn smeltpunt is.
Water moet bijvoorbeeld onder het punt afkoelenbevriezen om ijs te vormen. De onderzoekers suggereerden dat ijzer niet in een zeshoekige vorm zou kunnen stollen als het bijna 1.340°C koeler was dan de binnenkern. Begin 2022 werd modellering op atomaire schaal gepubliceerd, wat suggereert dat ijzer dat zich ophoopt in de binnenkern eerst kan kristalliseren in een kubieke vorm voordat het overgaat naar een zeshoekige vorm.
Hoe zijn de innerlijke kern en het leven op aarde met elkaar verbonden?
Volgens informatie van een vulkanische formatie die 565 miljoen jaar geleden verscheen op de noordelijke oever van de St. River in Lawrence, was het magnetische veld destijds een tiende van wat het nu is.
Dit was waarschijnlijk te wijten aan het feit dat de externede kern verloor snel warmte, zegt Peter Driscoll, een geodynamisch onderzoeker bij het Carnegie Institution for Science. Als het magnetische veld van de aarde volledig zou verdwijnen, zou het leven zoals het zich ontwikkelde zwaar worden blootgesteld aan straling van zonnevlammen. Verhoogde straling kan zuurstof uitputten, een waardevolle hulpbron voor al het leven.
Slechts 30 miljoen jaar later, de intensiteit van de magnetischevelden stegen tot 70% van de huidige waarden. Rond dezelfde tijd zorgde de actieve ontwikkeling van het leven voor een revolutie op aarde. Het was toen dat de meeste groepen dieren ontstonden, de eerste terrestrische soorten verschenen.
Misschien de opkomende wereld en alle levende wezensop planeet Aarde danken hun bestaan aan de binnenste ijzeren kern, die zich 5.000 km lager, onder onze voeten, bevindt. Nu proberen onderzoekers de omstandigheden in de kern van het laboratorium te reproduceren: een moeilijke maar noodzakelijke taak. Met behulp van een dergelijk experiment is het mogelijk om de conclusies te bevestigen die onderzoekers eerder trokken op basis van wiskundige modellen.