Waaruit bestaat de kern van de aarde?

(Dan Tri) - De vaste kern van de aarde bestaat niet alleen uit ijzer, maar bevat ook koolstof, zuurstof en silicium. Deze ontdekking opent de oplossing voor het eeuwenoude mysterie van hoe de kern het magnetische veld vormt en in stand houdt dat leven beschermt.

De aardkern bestaat mogelijk niet alleen uit ijzer, maar lijkt ook koolstof te bevatten. Nieuw onderzoek heeft uitgewezen dat er ook zuurstof en silicium in zit (foto: Getty Images).

De ijzerrijke kern in het centrum van de aarde speelt een sleutelrol in de evolutie van de planeet. Hij voedt niet alleen het magnetische veld – het schild dat de atmosfeer en oceanen beschermt tegen zonnestraling – maar stimuleert ook platentektoniek, waardoor de continenten voortdurend veranderen.

Ondanks het belang ervan, blijven veel fundamentele eigenschappen van de kern een mysterie: hoe heet is hij, waar is hij van gemaakt en wanneer begon hij te vriezen? Een recente ontdekking brengt wetenschappers dichter bij het beantwoorden van alle drie de vragen.

De temperatuur van de binnenste kern wordt geschat op ongeveer 5.000 Kelvin (4.727 °C). De kern, aanvankelijk vloeibaar, koelt na verloop van tijd af, waarbij de vaste kern kristalliseert en naar buiten uitzet. Deze warmteafgifte veroorzaakt platentektoniek.

Deze afkoeling is tevens de bron van het aardmagnetisch veld. Een groot deel van de magnetische energie wordt tegenwoordig in stand gehouden door het bevriezen van de vloeibare buitenkern, die de vaste kern van energie voorziet.

Zonder directe toegang zijn wetenschappers echter gedwongen om te vertrouwen op schattingen om het koelmechanisme en de eigenschappen van de kern te begrijpen. Om dat te verduidelijken: de belangrijkste factor is het bepalen van de smelttemperatuur.

Dankzij seismologie – de studie van aardbevingsgolven – weten we precies waar de grens tussen de vaste en vloeibare kern ligt. De temperatuur op deze grens is tevens het smeltpunt, het punt waarop het bevriezen begint.

Als de smelttemperatuur nauwkeurig kan worden bepaald, krijgen mensen een beter inzicht in de werkelijke temperatuur van de kern en de chemische samenstelling daarvan.

Mysterieuze chemie

Er zijn twee belangrijke manieren om de samenstelling van de aardkern te begrijpen: het bestuderen van meteorieten en het analyseren van seismische gegevens.

Meteorieten worden beschouwd als de "restanten" van planeten die nog niet gevormd zijn, of fragmenten uit de kernen van verwoeste planeten. Hun chemische samenstelling suggereert dat de aardkern voornamelijk bestaat uit ijzer en nikkel, mogelijk vermengd met een paar procent silicium of zwavel. Deze gegevens zijn echter slechts voorlopig en niet gedetailleerd genoeg om definitief te zijn.

Seismologie biedt daarentegen een veel gedetailleerder beeld. Seismische golven van aardbevingen verplaatsen zich met verschillende snelheden door de aarde, afhankelijk van het materiaal waar ze doorheen gaan. Door de aankomsttijden van de golven bij meetstations te vergelijken met experimentele resultaten van de voortplantingssnelheid van mineralen en metalen, kunnen wetenschappers modellen bouwen van het binnenste van de planeet.

De resultaten toonden aan dat de aardkern ongeveer 10% lichter is dan zuiver ijzer. Met name de vloeibare buitenkern heeft een hogere dichtheid dan de vaste binnenkern – een paradox die alleen verklaard kan worden door de aanwezigheid van enkele kleine elementen.

Maar zelfs met een kleiner bereik aan mogelijke samenstellingen blijft de puzzel onopgelost. Verschillende scenario's leveren smelttemperaturen op die honderden graden Celsius verschillen, waardoor het lastig is om de exacte kerneigenschappen te bepalen.

Een nieuwe beperking

In het nieuwe onderzoek maakten wetenschappers gebruik van minerale natuurkunde om te begrijpen hoe de kern van de aarde begon te bevriezen. Dat is een specifiekere aanpak dan meteorologie en seismologie.

Simulaties tonen aan dat, naarmate de atomen in een vloeibaar metaal kristalliseren tot een vaste stof, elke legering een andere mate van 'superkoeling' nodig heeft, oftewel verlaging onder het smeltpunt. Hoe intenser het proces, hoe groter de kans dat de vloeistof bevriest.

Zo kan water in een vriezer urenlang worden afgekoeld tot -5°C voordat het bevriest, terwijl waterdruppels in wolken bij -30°C al na enkele minuten in hagel kunnen veranderen.

Berekeningen suggereren dat de maximale onderkoeling van de kern ongeveer 420 °C onder het smeltpunt ligt. Als deze temperatuur wordt overschreden, zou de binnenste kern ongewoon groot zijn in vergelijking met seismische gegevens. Zuiver ijzer zou daarentegen 1000 °C nodig hebben om te kristalliseren, wat onmogelijk is omdat de hele kern dan gestold zou zijn.

Het toevoegen van silicium of zwavel helpt ook niet en kan de kern zelfs nog verder afkoelen.

Alleen als koolstof in aanmerking wordt genomen, klopt het beeld. Als 2,4% van de kernmassa koolstof is, zou het ongeveer 420 °C kosten om de binnenste kern te bevriezen; met 3,8% koolstof daalt dat tot 266 °C. Een veel aannemelijker cijfer. Dit is het eerste bewijs dat koolstof een significante rol speelt bij de kristallisatie van de kern.

De kern kan echter niet alleen uit ijzer en koolstof bestaan, aangezien seismische gegevens minstens één ander element vereisen. Onderzoek suggereert dat de kern mogelijk ook zuurstof en zelfs silicium bevat.

Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm