Binnenste van de aarde koeler dan gedacht

Twee grote raadselen in de geofysica zijn voor hun oplossing waarschijnlijk afhankelijk van een en hetzelfde gegeven: welke temperatuur er nu precies heerst diep binnenin de aarde, daar waar de vloeibare ijzerhoudende aardkern kristalliseert tot het harde binnenste deel.

Als men deze temperatuur kan bepalen, kunnen deskundigen daaruit zowel de oorsprong van het aardmagnetisch veld als de interne lange-termijn-hittebalans van de aarde leren begrijpen. Het valt echter niet mee om er achter te komen wat zich nu precies op deze grenslaag, op zo'n 5100 kilometer diepte in de aarde afspeelt. Binnen het vakgebied vormt deze grenslaagtemperatuur dan ook een bron van controversen.

Onderzoekers van het Max-Planck-Instituut voor Chemie in Mainz zijn tot een nieuwe "beste schatting' van de grenstemperatuur binnenin de aarde gekomen.

Daar heerst een druk van 3,3 miljoen bar. Om de temperatuur op de grenslaag te bepalen moet men weten wat bij deze druk het smeltpunt is van ijzer en ijzerrijke verbindingen. In Mainz werd een reeks bepalingen aan het smeltpunt van ijzer en ijzeroxydeverbindingen gedaan bij een druk oplopend tot 2 miljoen bar. Vandaar extrapolerend naar 3,3 miljoen bar kwam men tot een "beste schatting' van 4800 ¢4 200 Kelvin. Eerdere schattingen liepen uiteen van 4000 tot 8000 Kelvin. Deze vertoonden echter grote systematische fouten.

Overigens is de chemie van het binnenste van de aarde nog volop in discussie. Daarbij draait het om de vraag in hoeverre het smeltpunt van de ijzerkern wordt verlaagd door de aanwezigheid van lichtere elementen zoals zuurstof, zwavel, waterstof en koolstof. Uit de proeven in Mainz bleek, dat mengsels aanvankelijk een lager smeltpunt hebben dan zuiver ijzer en ijzeroxyde. Loopt de druk op tot boven de 550.000 bar, dan gaat dat echter niet meer op. Bij een druk beneden de 500.000 bar waren duidelijk vaste deeltjes in de gesmolten matrix zichtbaar, maar daarboven ziet men een egale gestolde massa. Stijgt de druk tot meer dan 600.000 bar, dan verwijnen eventuele smeltpuntsverlagingen in de onnauwkeurigheidsmarge van de meting. Bij nog hoger oplopende druk doet de aanwezigheid van andere elementen er blijkbaar niet meer zoveel toe en kan het smeltgedrag van de aardkern eenvoudig uit het smeltgedrag van ijzer of ijzeroxyden worden afgeleid.

(Nature, 10 juni)