Met behulp van diamanten, lasers en röntgenstralen hebben onderzoekers vastgesteld wat de temperatuur is op de grens tussen de binnen- en de buitenkern van onze aarde.

Hoe heet is het binnenste van onze eigen planeet? Je zou denken dat we dat anno 2013 allang weten, nu we onze blik met allerlei telescopen richten op de verste uithoeken van het heelal. Maar nee: uit nieuw onderzoek blijkt dat we de temperatuur op de grens tussen de binnen- en de buitenkern van de aarde met zo’n duizend graden hebben onderschat.

Bol van ijzer

De kern van de aarde is een bol van voornamelijk ijzer. De buitenste laag van die bol, de buitenkern, is vloeibaar. Daar binnen zit de binnenkern, waar zo’n hoge druk heerst dat het ijzer ondanks de heersende temperatuur van duizenden graden juist vast is.

Dankzij seismische golven wisten we al we wat de druk is op het punt waar vloeibaar en vast ijzer elkaar ontmoeten. Maar wat voor temperatuur hoort daarbij? Die vraag is lastiger te beantwoorden, omdat we niet weten hoe ijzer zich precies gedraagt onder zulke extreme omstandigheden. Franse onderzoekers onder leiding van Agnès Dewaele hebben dat laatste nu in het lab weten te bepalen.

Intense röntgenstraal

Dewaele en collega’s deden dat door een minuscuul stukje ijzer tussen de punten van twee diamanten te plaatsen en die twee diamanten vervolgens op elkaar te drukken (zie de illustratie beneden). Hierdoor wisten ze een druk van 2 miljoen atmosfeer (200 gigapascal) op te wekken. Vervolgens gebruikten ze lasers om een temperatuur van vier- à vijfduizend graden te krijgen. Tot slot was een intense röntgenstraal nodig om héél snel te kunnen bepalen of het ijzer onder de gecreëerde omstandigheden vloeibaar of vast is.

Door een stukje ijzer tussen twee diamanten samen te persen, wisten Franse onderzoekers de eigenschappen van het metaal bij extreem hoge druk te bepalen.

Daarmee wisten de onderzoekers een eind te komen, maar de druk op het punt waar binnen- en buitenkern ontmoeten, is nog eens ruim anderhalf keer zo groot als de druk die ze in het lab wisten te genereren. Daarom moesten ze hun resultaat vervolgens doortrekken naar 3,3 miljoen atmosfeer. Uit die extrapolatie bleek dat de temperatuur op de grens van binnen- en buitenkern circa 6000 graden Celsius is.

Volgens nieuw onderzoek heerst er op de grens tussen de binnen- en de buitenkern van de aarde een temperatuur van zo’n 6000 graden Celsius.

Eerder onderzoek, gepubliceerd in 1993, kwam echter uit op 5000 graden. Dewaele en haar team denken te weten waar dat verschil vandaan komt: ze ontdekten dat ijzer bij temperaturen lager dan de smelttemperatuur al kristalletjes vormt aan zijn oppervlak. Dat effect kan door hun voorgangers ten onrechte zijn aangezien voor smelting.

Belangrijke rol

De door Dewaele bepaalde temperatuur speelt een belangrijke rol in allerlei geologische modellen van processen die zich afspelen in het binnenste van onze planeet. Laten we dus hopen dat het nieuwe resultaat klopt, en dat er niet tussen 2 en 3,3 miljoen atmosfeer nog iets anders geks gebeurt met ijzer, dat het hele verhaal weer overhoop zou gooien…

Bronnen: Science, ESRF via EurekAlert!

Beeld: Blascha Faust/Denis Andrault/ESRF