Een recente studie heeft een snelle “collectieve beweging” van ijzeratomen in de vaste binnenkern van de aarde ontdekt. Deze beweging kan de onverwachte zachtheid van de kern in seismische gegevens verklaren en heeft gevolgen voor het begrijpen van de generatie van het aardmagnetisch veld. Onderzoekers hebben ontdekt dat bepaalde groepen ijzeratomen in de binnenkern van de aarde snel kunnen bewegen, waarbij ze hun plaatsen in een fractie van een seconde veranderen terwijl ze de onderliggende metaalstructuur van het ijzer behouden. Deze beweging, bekend als “collectieve beweging”, is vergelijkbaar met dinerende gasten die van plaats wisselen aan een tafel.
Implicaties voor het aardmagnetisch veld
De resultaten, die zijn gebaseerd op laboratoriumexperimenten en theoretische modellen, geven aan dat atomen in de binnenkern veel meer bewegen dan eerder werd gedacht. Deze bevindingen kunnen helpen om tal van intrigerende eigenschappen van de binnenkern te verklaren die wetenschappers al lang verbazen. Ze kunnen ook helpen om licht te werpen op de rol die de binnenkern speelt bij het aandrijven van de aardse geodynamo – het ongrijpbare proces dat het magnetische veld van de planeet genereert.
Methoden en bevindingen
Omdat het onmogelijk is voor wetenschappers om de binnenkern van de aarde direct te bemonsteren vanwege de extreem hoge temperaturen en druk, hebben Lin en zijn collega’s het in het klein in het laboratorium nagebootst. Ze namen een kleine ijzeren plaat en schoten er een snel bewegend projectiel op af. De temperatuur-, druk- en snelheidsgegevens die tijdens het experiment werden verzameld, werden vervolgens in een machine learning-computermodel van atomen in de binnenkern geplaatst.
Wetenschappers denken dat ijzeratomen in de binnenkern zijn gerangschikt in een zich herhalende hexagonale configuratie. Volgens Lin tonen de meeste computermodellen die de roosterdynamiek van ijzer in de binnenkern weergeven slechts een klein aantal atomen – meestal minder dan honderd. Maar door gebruik te maken van een AI-algoritme, konden de onderzoekers de atomaire omgeving aanzienlijk uitbreiden, waardoor een “supercel” van ongeveer 30.000 atomen ontstond om de eigenschappen van ijzer betrouwbaarder te voorspellen.
Seismische metingen en de rol van de binnenkern in de geodynamo
Op deze supercelschaal observeerden de wetenschappers groepen atomen die zich verplaatsten en van plaats veranderden, terwijl ze de algehele hexagonale structuur behielden. De onderzoekers zeiden dat de atomaire beweging zou kunnen verklaren waarom seismische metingen van de binnenkern een omgeving laten zien die veel zachter en kneedbaarder is dan verwacht bij dergelijke druk. Ongeveer de helft van de geodynamo-energie die het aardmagnetisch veld genereert, kan worden toegeschreven aan de binnenkern, volgens de onderzoekers, waarbij de buitenkern de rest vormt. Het nieuwe inzicht in de activiteit van de binnenkern op atomaire schaal kan toekomstig onderzoek informeren over hoe energie en warmte worden gegenereerd in de binnenkern, hoe het zich verhoudt tot de dynamiek van de buitenkern en hoe ze samenwerken om het magnetische veld van de planeet te genereren, dat een belangrijk ingrediënt is voor een bewoonbare planeet.