Een computersimulatie van ijzer- en koolstofatomen in de binnenkern van de aarde verklaart mogelijk hoe deze ooit vloeibare bol in het centrum van onze planeet gestold is.
Een hoge concentratie koolstof in de binnenkern van de aarde verklaart mogelijk een langdurig mysterie over hoe dit diepste deel van onze planeet gestold is. Aan dit stollingsproces hebben we het aardmagnetisch veld te danken, dat nu het leven op aarde beschermt tegen schadelijke straling.
De binnenkern van de aarde vormt een raadsel voor geofysici. Hij ontstond eerst als een grote vloeibare bol van voornamelijk ijzer, en begon in de laatste miljard jaar te stollen. Om die stolling te starten in een object van puur ijzer, zou de kern in die periode met minstens 700 graden moeten zijn afgekoeld. Maar zo’n grote en relatief snelle temperatuurdaling is onmogelijk, gezien de grote omvang van de binnenkern.
Is het aardse magneetveld de weg kwijt?
Volgens sommigen kan het aardmagneetveld elk moment omkeren. Is er reden tot zorg?
Binnenkernstolparadox
‘De natuurkunde van de mineralen kan niet kloppen’, zegt geoloog Alfred Wilson van de Universiteit van Leeds in het Verenigd Koninkrijk. Met zijn collega’s pakte hij deze ‘binnenkernkernstolparadox’ aan door te simuleren hoe de afkoeling van de binnenkern verloopt met andere samenstelling van elementen dan alleen puur ijzer.
De aardkern bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel, maar ongeveer 10 procent bestaat uit een onbekende mix van lichte elementen zoals silicium, zwavel, zuurstof en koolstof. Met behulp van een supercomputer simuleerden de onderzoekers de interacties van enkele honderden ijzer- en koolstofatomen onder de extreme druk- en temperatuursomstandigheden van de binnenkern. Daarna schaalden ze de simulatie op naar tienduizenden atomen, en ze verlaagden de temperatuur tot onder het smeltpunt van het materiaal.
Met koolstofatomen die ongeveer 15 procent van het mengsel uitmaakten, begonnen zich vaste atoomclusters te vormen met slechts 250 graden afkoeling. Dat is wel een aannemelijke temperatuurverandering die de binnenkern in ruwweg een miljard jaar ondergaan kan zijn, aldus Wilson. Deze mogelijke oplossing voor de paradox geeft ook aan waaruit het onbekende deel van de binnenkern van de aarde bestaat: veel koolstof.
Wilson en zijn collega’s schreven een wetenschappelijk artikel over hun vondst dat nog door onafhankelijke experts getoetst moet worden. Het is al te lezen op de website EarthArXiv.
Veelbelovend
‘Ik denk dat dit echt een veelbelovende benadering is en dat dit mogelijk een oplossing kan zijn, maar het is nog te vroeg om te zeggen of koolstof echt gaat werken,’ zegt geochemicus James Van Orman van de Case Western Reserve-universiteit in de VS. Hij zegt dat de hoge koolstofconcentratie en de omvang van de koeling die nog steeds nodig is ‘aan de rand is van wat mogelijk een oplossing zou kunnen zijn’.
Wilson erkent dat de koeling door koolstof slechts ‘in de buurt komt’. Maar hij voegt eraan toe dat een complexere simulatie, met het meenemen van interacties tussen ijzer, koolstof en zuurstof, een scenario kan laten zien waarin de binnenkern kan stollen met nog minder benodigde koeling. Daardoor zou een gedetailleerder beeld ontstaan van de samenstelling van de kern. Die kennis zou op zijn beurt ‘ons algehele begrip van hoe de planeet thermochemisch is geëvolueerd sinds zijn ontstaan’ kunnen onderbouwen, zegt hij.
