De buitenkern van de aarde bestaat mogelijk uit twee vloeistoffen die niet mengen. Het gevolg is een samenstelling die lijkt op vinaigrette. Dat concluderen Amerikaanse onderzoekers nadat ze ijzerlegeringen samenpersten bij hoge temperatuur om de omstandigheden in de aardkern na te bootsen.
Op ongeveer 2.900 kilometer onder het aardoppervlak bevindt zich een laag van gesmolten ijzer van ruim 2.000 kilometer dik. Die omringt een vaste binnenkern. Stromingen in deze magnetische vloeistof veroorzaken het aardmagneetveld. Als de stromingen veranderen, verandert ook ons magneetveld. De magnetische polen verschuiven zelfs geleidelijk. De Amerikaanse onderzoekers stellen voor dat deze veranderingen ontstaan doordat de buitenkern uit twee verschillende lagen vloeibaar metaal bestaat.
Drijvende laag
Er is weinig bekend over de buitenkern van de aarde. We kunnen geen gat van drieduizend kilometer boren om een kijkje te nemen. Uit seismologische metingen volgt dat er waarschijnlijk een laag van een ander materiaal op de buitenkern drijft. ‘Dat is nog niet helemaal zeker. Maar de meeste metingen lijken die laag waar te nemen’, zegt Sarah Arveson, promovendus aan Yale University in de Verenigde Staten. Ze is eerste auteur van het artikel.
Die drijvende laag beweegt trager dan de rest van de vloeibare binnenkern. Dat kan veranderingen in het aardmagneetveld veroorzaken.
Vinaigrette van gesmolten ijzer
Maar hoe kan het dat gesmolten ijzer opsplitst in twee gescheiden lagen? Volgens de onderzoekers komt dat door kleine hoeveelheden van andere stoffen die zijn opgelost in het vloeibare metaal. Het was al bekend dat de aardkern mogelijk zuurstof en silicium bevat.
De onderzoekers ontdekten dat er twee verschillende gesmolten ijzerlegeringen kunnen ontstaan in de buitenkern. De eerste bestaat uit ijzer en silicium. De tweede uit ijzer, silicium en zuurstof. Het mengsel met zuurstof is lichter en drijft daardoor op de andere legering. De scheiding is vergelijkbaar met vinaigrette, wat bestaat uit olie en azijn. Die scheiden in twee lagen als je ze even laat staan. De lichtere olie drijf dan op de azijn.
Diamanten pers
De onderzoekers plaatsten de twee legeringen tussen twee diamanten. Door de diamanten op elkaar te drukken, persten ze de stoffen samen. Daarna verhitten ze de legeringen met een laser om ze te smelten. Zelfs bij deze extreme druk en temperatuur bleken de twee niet te mengen.
In het binnenste van de aarde is de druk hoger dat wat de onderzoekers met hun diamanten pers kunnen bereiken. ‘Daarom gebruiken we simulaties om onze metingen te extrapoleren naar de omstandigheden in de buitenste laag van de buitenkern’, zegt Arveson. Uit de simulaties bleek dat de legeringen ook in de aardkern twee gescheiden lagen kunnen vormen. Dat dit verschijnsel mogelijk is in de extreme omstandigheden van de binnenkern was een verrassing.
