Mogelijk vijfde vorm van ijzer in kern van de aarde

Van ijzer zijn vier stabiele vormen bekend. Bij toenemende temperatuur zijn dat alfa-ijzer (ferriet), gamma-ijzer (austeniet) en delta-ijzer. Alle hebben een kubische kristalstructuur, maar bij gamma-ijzer is die vlak gecentreerd en bij alfa en delta ruimtelijk. Bij hoge druk is nòg een modificatie stabiel, epsilon-ijzer, met een hexagonale structuur. Veel onderzoekers denken dat het ijzer in de kern van de aarde, waarin extreem hoge drukken heersen, deze epsilon-structuur heeft. Recent onderzoek laat zien dat er nog een andere vorm mogelijk is.

Onderzoekers van de universiteit van Uppsala (Zweden) en van het Carnegie Institution van Washington bestudeerden het gedrag van ijzer bij drukken tussen 350.000 en 400.000 atmosfeer en temperaturen tussen 1200 en 1500 K. Zij gingen uit van een microscopisch klein stukje folie van 99,9 procent zuiver ijzer dat in een hoge druk-cel werd samengeperst tussen twee diamantjes. Het ijzermonster werd verhit met een 15 micron dunne laserbundel en 'doorgelicht' met een even dunne bundel röntgenstraling. Via de afbuiging van deze straling (röntgendiffractie) werden zo de structuurveranderingen van het ijzer gevolgd.

De onderzoekers lieten eerst, bij betrekkelijk lage temperatuur, het alfa-ijzer overgaan in epsilon-ijzer. Vervolgens werd het monster verhit en verschenen er tekenen van een nieuwe fase. Uit het diffractiepatroon leidden de onderzoekers af dat het ijzer weliswaar nog een hexagonale structuur had, maar dan volgens het dubbellaag-model. De dichtheid van het ijzer is bovendien 3 procent afgenomen. Deze structuur komt ook voor bij cerium en enkele andere zeldzame aardmetalen en zou overeen komen met een fase-overgang die twee jaar geleden werd gesignaleerd. Toen konden de onderzoekers echter niet de kristalstructuur bepalen (Science 269, p. 1703).

Alle modellen van de aardkern zijn gebaseerd op de eigenschappen van epsilon-ijzer. Als het ijzer voor een deel in een vijfde fase voorkomt, zou dit belangrijke consequenties hebben voor eigenschappen en verschijnselen als temperatuurverloop en het ontstaan van het aardmagnetische veld.