Hoe snel groeit de kern van de aarde?

De aardkern bestaat vooral uit ijzer en nikkel. Hoe vormt die metalen bal het aardmagnetisch veld? En die kern groeit, maar hoe snel?

Nee, in de kern van de aarde is het niet 5.000 ºC, zoals lang is aangenomen. Het is er duizend graden warmer, schreven Franse geofysici afgelopen april in Science.

Dit artikel maakt twee dingen duidelijk, zegt Arwen Deuss, een Nederlandse geofysicus die aan de University of Cambridge werkt. „Dat we nog weinig weten over de aardkern”, zegt ze via de telefoon. „Maar ook dat er allerlei nieuwe technieken komen, waar ik erg enthousiast van word.”

Deuss vergelijkt het huidige onderzoek aan de aardkern met dat aan de bewegende platen aan het aardoppervlak, zo’n zestig jaar geleden. „Allerlei resultaten kwamen toen bij elkaar, en ineens was daar de theorie van de platentektoniek die alles verklaarde. Hopelijk kunnen we ergens de komende tien jaar alles wat we nu over de kern vinden mooi in één keer verklaren.” Wat er echt aan de hand is in de kern weten we niet.

Dat er de laatste jaren zo veel meer bekend wordt over de aardkern komt doordat het mogelijk is geworden de extreem hoge druk en temperatuur in de kern na te bootsen, en de effecten daarvan op gesteente te onderzoeken. Zoals de Franse geofysici deden. Verder verbetert de seismologie, onder meer doordat het netwerk van seismografen zich uitbreidt naar oceaanbodems. Dit is de specialiteit van Deuss. Ook neemt de rekenkracht van computers toe, goed voor complexe modelstudies.

Wat wisten we tot nu toe over de aardkern? Uit seismologie en onderzoek aan meteorieten hebben geofysici decennia geleden al met redelijke zekerheid afgeleid dat de aardkern uit twee delen moet bestaan: een binnen- en een buitenkern. De binnenkern heeft een straal van zo’n 1.200 kilometer, hij is vast, en bestaat hoofdzakelijk uit ijzer en nikkel. Deze metalen bal groeit gestaag, met een millimeter per jaar. „We denken dat de binnenkern een miljard jaar geleden is ontstaan, maar zeker zijn we daarover niet”, zegt Deuss.

Ook de buitenkern, die 2.200 kilometer dik is, bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel. Maar hier is het metaal vloeibaar. Aan de kant van de binnenkern koelt het vloeibare metaal af en verhardt. De warmte die hierbij vrijkomt genereert convectiestromen, als in een lavalamp. Deze stromingen in de buitenkern vormen de oorsprong van het magneetveld om de aarde, dat de geïoniseerde straling van de zon (zonnewind) afweert. Dat wil zeggen, meestal dan. Want heel af en toe is een zonnewind zo sterk dat hij elektriciteitscentrales stillegt, zoals in 1989 in Canada gebeurde.

Voor het magneetveld is veel aandacht, gezien z’n beschermende functie. Dat veld ‘wandelt’ over de aarde – de noord- en zuidpool verschuiven ten opzichte van de geografische noord- en zuidpool. De wetenschap is tot op heden niet in staat de bewegingen van de magnetische polen te voorspellen, maar het lijkt er wel op dat ze samenhangen met verschillen in temperatuur op de grens van de aardkern (ijzer) en de binnenmantel (gesteente) die erboven ligt. Volgens Deuss zeggen die temperatuurverschillen weer iets over de convectiestromen in de buitenkern. „Zo kun je terug redeneren.” Maar dat klinkt makkelijker dan het is, geeft ze meteen toe. De convectiestromen hangen onder meer af van de viscositeit van het vloeibare metaal. „Daarover tasten we nog in het duister”, zegt Deuss.

Uit sommige modelberekeningen zou ook blijken dat de binnenkern een stuk sneller draait dan de buitenkern – een verschijnsel dat ‘superrotatie’ heet. Maar Deuss twijfelt aan die modellen.

Zelf ontdekte ze drie jaar geleden, op basis van seismisch onderzoek, dat de binnenkern geen uniforme samenstelling heeft. Seismische golven blijken enkele seconden sneller door de aarde te reizen als ze de kern in noord-zuidrichting doorkruisen dan wanneer ze dat in oost-westrichting doen. Ook reizen de golven sneller door het oostelijke deel van de binnenkern dan door het westelijk deel. Deus leidt hieruit af dat het ijzer-nikkel-mengsel in de binnenkern regionaal kristallen vormt en dat ze zich vooral oriënteren in noord-zuidrichting (Science, 21 mei, 2010). En ze denkt dat de ene helft van de binnenkern sneller aangroeit dan de andere. Maar dat moet verder onderzocht.

    • Marcel aan de Brugh