Gigantische 'Lavalamp' in de aarde kan magnetische polen doen omslaan

Als je 41.000 jaar terug zou kunnen reizen naar de laatste ijstijd, zou je kompas naar het zuiden wijzen in plaats van naar het noorden. Dat komt omdat gedurende een paar honderd jaar het magnetische veld van de aarde is omgekeerd. Deze omkeringen hebben herhaaldelijk plaatsgevonden over de geschiedenis van de planeet, soms honderdduizenden jaren lang. We weten dit door de manier waarop het de vorming van magnetische mineralen beïnvloedt, die we nu aan de aardoppervlakte kunnen bestuderen.

Er zijn verschillende ideeën om uit te leggen waarom magnetische veldomkeringen plaatsvinden. Een daarvan werd alleen maar plausibeler. Mijn collega's en ik ontdekten dat gebieden bovenop de kern van de aarde zich als gigantische lavalampen kunnen gedragen, met klodders rots die periodiek stijgen en dalen diep in onze planeet. Dit kan zijn magnetisch veld beïnvloeden en ervoor zorgen dat het omkeert. De manier waarop we deze ontdekking deden, was door signalen te bestuderen van enkele van 's werelds meest destructieve aardbevingen.

Ongeveer 3.000 kilometer onder onze voeten - 270 keer verder naar beneden dan het diepste deel van de oceaan - is het begin van de aardse kern, een vloeibare bol van meestal gesmolten ijzer en nikkel. Op deze grens tussen de kern en de rotsachtige mantel hierboven, is de temperatuur bijna 4000 graden Celsius, vergelijkbaar met die op het oppervlak van een ster, met een druk van meer dan 1,3 miljoen keer die van het aardoppervlak.

Aan de mantelzijde van deze grens stroomt vaste rots geleidelijk over miljoenen jaren, waardoor de platentektoniek wordt bestuurd die ervoor zorgt dat continenten bewegen en van vorm veranderen. Aan de kernzijde wervelt vloeibaar, magnetisch ijzer krachtig, en creëert en ondersteunt het magnetisch veld van de aarde dat de planeet beschermt tegen de straling van de ruimte die anders onze atmosfeer zou wegstrippen.

Omdat het tot nu toe ondergronds is, is de belangrijkste manier om de kern-mantelgrens te bestuderen, door te kijken naar de seismische signalen gegenereerd door aardbevingen. Met behulp van informatie over de vorm en snelheid van seismische golven, kunnen we uitzoeken wat het deel van de planeet waar ze doorheen zijn gereisd om ons te bereiken, is. Na een bijzonder grote aardbeving trilt de hele planeet als een rinkelende bel en het meten van deze oscillaties op verschillende plaatsen kan ons vertellen hoe de structuur binnen de planeet varieert.

Op deze manier weten we dat er zich aan de bovenkant van de kern twee grote gebieden bevinden waar seismische golven langzamer rijden dan in de omliggende gebieden. Elk gebied is zo groot dat het 100 keer groter zou zijn dan de Mount Everest als het zich op het oppervlak van de planeet zou bevinden. Deze regio's, aangeduid als groot-lage-snelheids-provincies of vaker gewoon 'blobs', hebben een aanzienlijke invloed op de dynamiek van de mantel. Ze beïnvloeden ook hoe de kern afkoelt, waardoor de stroming in de buitenste kern wordt veranderd.

Verschillende bijzonder destructieve aardbevingen in de afgelopen decennia hebben ons in staat gesteld een speciaal soort seismische oscillaties te meten die zich langs de kern-mantelgrens bewegen, bekend als Stoneley-modi. Ons meest recente onderzoek naar deze modi laat zien dat de twee klodders bovenop de kern een lagere dichtheid hebben in vergelijking met het omringende materiaal. Dit suggereert dat materiaal actief naar de oppervlakte stijgt, consistent met andere geofysische waarnemingen.

Nieuwe uitleg

Deze regio's zijn mogelijk minder dicht omdat ze heter zijn. Maar een opwindende alternatieve mogelijkheid is dat de chemische samenstelling van deze delen van de mantel ervoor zorgt dat ze zich gedragen als de klodders in een lavalamp. Dit zou betekenen dat ze opwarmen en periodiek naar de oppervlakte stijgen, voordat ze afkoelen en weer terugspatten op de kern.

Dergelijk gedrag zou de manier waarop warmte wordt geëxtraheerd van het oppervlak van de kern gedurende miljoenen jaren veranderen. En dit zou kunnen verklaren waarom het aardmagneetveld soms omkeert. Het feit dat het veld zo vaak in de geschiedenis van de aarde is veranderd, doet vermoeden dat de interne structuur die we vandaag kennen, mogelijk ook is veranderd.

We weten dat de kern bedekt is met een landschap van bergen en valleien zoals het aardoppervlak. Door meer gegevens van aardoscillaties te gebruiken om deze topografie te bestuderen, kunnen we gedetailleerdere kaarten van de kern maken die ons een veel beter inzicht geven in wat zich diep onder onze voeten afspeelt.

Paula Koelemeijer, postdoctoraal fellow bij Global Seismology, Universiteit van Oxford

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.