Aardbevingen leggen een vijfde laag in de aarde bloot: een hete, vaste bal in de binnenkern (2024)

De diameter van de aarde is zo'n 12.750 kilometer en tot voor kort werd gedacht dat de structuur van de aarde uit vier aparte lagen bestond: de uit gesteenten bestaande korst, de eveneens uit gesteenten bestaande mantel, de uit gesmolten metaal bestaande buitenkern en de uit vaste metalen bestaande binnenkern. Die binnenkern, met een diameter van zo'n 2440 kilometer, werd in de jaren 30 ontdekt, eveneens dankzij seismische golven die door de aarde gingen.

In 2002 lanceerden wetenschappers de hypothese dat er in die binnenkern nog een binnenste deel zat dat verschillend was van de rest, en die hypothese is nu bevestigd kunnen worden dankzij de toegenomen nauwkeurigheid van de wereldwijde seismologische monitorsystemen.

Tot nu toe konden seismologen de golven volgen tijdens hun tocht naar de antipode en hun terugkeer naar de plaats van de aardbeving, maar niet verder.

"Door een techniek te ontwikkelen om de signalen te versterken die vastgelegd worden door een 'dichtbevolkt' seismologisch netwerk, konden we voor het eerst seismische golven observeren die tot vijf keer toe op en neer stuiterden langs de diameter van de aarde", zei observationeel seismoloog Thanh-Son Pham van de Australian National University (ANU) in Canberra, de eerste auteur van de studie over de binnenste binnenkern.

"Onze studie is mogelijk geworden dankzij de nooit geziene uitbreiding van de wereldwijde seismische netwerken, vooral de dichte netwerken in de aaneengesloten staten van de VS, op het schiereiland Alaska en doorheen de Europese Alpen."

De onderzoekers bestudeerden de anisotropie van de ijzer-nikkel-verbinding waaruit de binnenkern van de aarde bestaat. Een stof is anisotroop als bepaalde fysische eigenschappen ervan, bijvoorbeeld de snel­heid waarmee het licht zich erin voortplant, in ver­schil­len­de rich­tin­gen niet ge­lijk zijn.

In dit geval wordt de anisotropie gebruikt om te beschrijven hoe de seismische golven versnellen of vertragen in hun tocht door het materiaal van de binnenkern, afhankelijk van de richting die ze uitgaan. Dat zou veroorzaakt kunnen worden door een verschillende plaatsing van ijzeratomen bij hoge temperaturen en druk of door een preferentiële oriëntatie van groeiende kristallen.

De onderzoekers stelden vast dat de terugkaatsende seismische golven herhaaldelijk doordrongen in punten in de buurt van het centrum van de aarde vanuit verschillende hoeken. Door de variatie in de reistijd van seismische golven van verschillende aardbevingen te analyseren, kwamen ze tot de conclusie dat de kristalstructuur in de binnenste binnenkern waarschijnlijk verschilt van de structuur in de buitenste laag.

De onderzoekers zeggen dat dit kan verklaren waarom de golven versnellen of vertragen afhankelijk van de hoek waaronder ze binnendringen in de binnenste binnenkern.

Volgens het team van ANU suggereren hun bevindingen dat er op een bepaald punt in de tijdlijn van de evolutie van de aarde, een grote wereldwijde gebeurtenis kan hebben plaatsgevonden die geleid heeft tot een aanzienlijke verandering in de kristalstructuur van de binnenkern van de aarde.

Professor geofysica aan ANU en mede-auteur van de studie HrvojeTkalčić zei dat het bestuderen van het diepe binnenste van de binnenkern van de aarde ons meer kan leren over het verleden en de evolutie van de planeet.

"Deze binnenkern is als een tijdscapsule van de evolutionaire geschiedenis van de aarde - het is een gefossiliseerde neerslag die als toegangspoort dienst doet naar de gebeurtenissen uit het verleden van de planeet. Gebeurtenissen die op aarde plaatsgevonden hebben honderden miljoenen of miljarden jaren geleden", zei hij.

"Ik bekijk de binnenkern graag als een planeet in een planeet", zeiTkalčić. "Het is inderdaad een vaste bal, ongeveer zo groot als Pluto en een beetje kleiner dan de maan."

"Als we op een of andere manier in staat zouden zijn de aarde te ontmantelen door haar mantel en de vloeibare buitenkern te verwijderen, zou de binnenkern lijken te stralen als een ster. Geschat wordt dat zijn temperatuur zo'n 5500 tot 6000 graden bedraagt, wat vergelijkbaar is met de temperatuur op het oppervlak van de zon."

De overgang van het buitenste deel van de binnenkern naar de binnenste binnenkern lijkt eerder geleidelijk te verlopen en geen scherpe, duidelijke grens te zijn, zei Pham.

De binnenkern van de aarde groeit traag aan ten koste van de buitenkern doordat gesmolten materiaal vast wordt naarmate de aarde geleidelijk aan afkoelt - wat ze al gedaan heeft sinds haar geboorte zo'n 4,5 miljard jaar geleden.

"De latente hitte die vrijgegeven wordt door het vast worden van de binnenkern van de aarde, drijft de convectie in de vloeibare buitenkern aan, wat het geomagnetische veld van de aarde opwekt", zei Pham. "Het leven op aarde wordt zo beschermd tegen schadelijke kosmische straling en zou niet mogelijk zijn zonder dat magnetische veld."

De studie van Pham enTkalčić is gepubliceerd in Nature Communications. Dit artikel is gebaseerd op een bericht van het persagentschap Reuters en een persbericht van de Australian National University.