Wat bevat de aardkern?

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

De aardkern kan niet alleen uit ijzer bestaan; hij lijkt ook koolstof te bevatten. Nieuw onderzoek heeft aangetoond dat hij ook zuurstof en silicium bevat (foto: Getty Images).

De ijzerrijke kern in het centrum van de aarde speelt een cruciale rol in de evolutie van de planeet. Hij levert niet alleen de energie voor het magnetische veld – een schild dat de atmosfeer en oceanen beschermt tegen zonnestraling – maar drijft ook de platentektoniek aan, waardoor de continenten voortdurend van vorm veranderen.

Ondanks het belang ervan blijven veel fundamentele eigenschappen van de kern een mysterie: hoe heet is hij eigenlijk, waaruit bestaat hij en wanneer begint hij te bevriezen? Een recente ontdekking heeft wetenschappers dichter bij het beantwoorden van al deze vragen gebracht.

De temperatuur van de binnenkern wordt geschat op ongeveer 5000 Kelvin (4727 °C). De kern bevindt zich aanvankelijk in vloeibare toestand, maar koelt geleidelijk af, kristalliseert tot een vaste stof en zet naar buiten uit. Deze warmteafgifte veroorzaakt tektonische plaatstromen.

Afkoeling is ook de bron van het aardmagnetisch veld. Een groot deel van de huidige magnetische energie wordt in stand gehouden door het bevriezen van de vloeibare buitenkern, die de vaste kern in het centrum van energie voorziet.

Omdat directe toegang tot de kern echter onmogelijk is, zijn wetenschappers gedwongen om op schattingen te vertrouwen om de afkoelingsmechanismen en eigenschappen van de kern te begrijpen. Om dit te verduidelijken, is het bepalen van het smeltpunt de belangrijkste factor.

Dankzij de seismologie – de wetenschap die aardbevingsgolven bestudeert – weten we precies waar de grens tussen de vaste en vloeibare kern ligt. De temperatuur op deze grens is tevens het smeltpunt, het beginpunt van het bevriezen.

Als het smeltpunt nauwkeurig bepaald zou kunnen worden, zouden mensen een beter inzicht krijgen in de werkelijke temperatuur van de kern en de interne chemische samenstelling ervan.

Mysterieuze chemie

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

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

De seismologie biedt ondertussen een veel concreter beeld. Seismische golven van aardbevingen veranderen van snelheid afhankelijk van het materiaal waar ze doorheen reizen. Door de tijd die de golven nodig hebben om meetstations te bereiken te vergelijken met experimentele resultaten over de transmissiesnelheid in mineralen en metalen, kunnen wetenschappers modellen van de interne structuur van de planeet construeren.

De resultaten tonen aan dat de aardkern ongeveer 10% lichter is dan zuiver ijzer. Opvallend is dat de buitenkern, die zich in een vloeibare toestand bevindt, dichter is dan de binnenkern, een paradox die alleen verklaard kan worden door de aanwezigheid van enkele vreemde elementen.

Zelfs na het beperken van de mogelijke samenstelling blijft het probleem echter onopgelost. Verschillende scenario's leveren smelttemperaturen op die honderden graden Celsius verschillen, waardoor een precieze bepaling van de kerneigenschappen een uitdaging vormt.

Een nieuwe beperking

In nieuw onderzoek hebben wetenschappers mineralogie gebruikt om te begrijpen hoe de aardkern begon te bevriezen – een specifiekere aanpak dan zowel meteorologie als seismologie.

Simulaties tonen aan dat wanneer atomen in vloeibaar metaal kristalliseren tot vaste stoffen, elke legering een andere mate van "onderkoeling" vereist, oftewel een verlaging tot onder het smeltpunt. Hoe sterker dit proces, hoe gemakkelijker de vloeistof stolt.

Zo kan water in een vriezer urenlang extreem koud blijven bij -5°C voordat het bevriest, terwijl een waterdruppel in een wolk binnen enkele minuten bij -30°C in hagel verandert.

Berekeningen tonen aan dat de maximale onderkoelingstemperatuur van de kern ongeveer 420 °C onder het smeltpunt ligt. Als deze temperatuur wordt overschreden, zou de binnenkern ongewoon groot zijn in vergelijking met seismische gegevens. Zuiver ijzer heeft daarentegen 1000 °C nodig om te kristalliseren, wat onmogelijk is, aangezien de gehele kern dan al gestold zou zijn.

Het toevoegen van silicium of zwavel helpt niet; het kan er zelfs toe leiden dat de kern nog verder onderkoeld moet worden.

Pas als koolstof in aanmerking wordt genomen, wordt het beeld logisch. Als 2,4% van de massa van de kern uit koolstof bestaat, is er ongeveer 420 °C nodig om de binnenkern te bevriezen; met 3,8% koolstof daalt dit tot 266 °C. Een veel aannemelijker getal. Dit is het eerste bewijs dat suggereert dat koolstof een cruciale rol speelt in het kristallisatieproces van de kern.

De kern kan echter onmogelijk uitsluitend uit ijzer en koolstof bestaan, aangezien seismische gegevens wijzen op de aanwezigheid van ten minste één ander element. Onderzoek suggereert de mogelijkheid dat de kern ook zuurstof of zelfs silicium bevat.

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