23 augustus 2017

Magnesiumoxide kan super-aardes magnetisch maken

Foto van het zogenaamde laser-schok-experiment. In het midden bevindt zich een stukje magnesiumoxide dat wordt bestookt dat meerdere krachtige laserpulsen. Voor een fractie van een seconde wordt het materaal bootgesteld aan een druk en temperatuur die vergelijkbaar zijn met de omstandigheden in het binnenste van een planeet. Deze extreme staat wordt dan snel bestudeerd met sondes en telescopen, voordat de substantie ontploft in een wolk van stof en damp, zoals op deze foto is te zien

De mantel van de aarde (en van andere rotsplaneten) is rijk aan magnesium en zuurstof. Het (relatief simpele) mineraal magnesiumoxide wordt vaak gebruikt om het inwendige van rotsplaneten te modelleren. Nieuw onderzoek heeft uitgewezen hoe magnesiumoxide zich gedraagt onder extreme omstandigheden. De resultaten zijn belangrijk voor ons begrip van zogenaamde super-aardes (planeten die een slag groter zijn dan de aarde), evenals voor ons begrip van planetaire evolutie in het algemeen.

Magnesiumoxide is een bijzonder resistent materiaal. Dat betekent dat het mineraal weinig verandert als het wordt blootgesteld aan een hoge druk en temperatuur. Uit onderzoek blijkt dat magnesiumoxide wel degelijk kan veranderen, maar alleen als de druk en temperatuur zeer hoog zijn. Onder extreme omstandigheden wordt magnesiumoxide eerst een vloeistof, en als de druk en temperatuur blijven stijgen verandert het weer in een vaste stof.

Bij het onderzoek is magnesiumoxide blootgesteld aan twee extreme omstandigheden: een druk van 3 miljoen keer normale luchtdruk (0,3 terapascal) en een temperatuur van 7000 graden (hetgeen overeenkomt met de condities in de aardekern), en aan 14 miljoen keer normale luchtdruk (1,4 terapascal) en een temperatuur van 50.000 graden Celsius (hetgeen overeenkomt met de condities in het inwendige van super-aardes).

Uit het onderzoek blijkt dat magnesiumoxide grote veranderingen op moleculair niveau doormaakt als het wordt blootgesteld aan deze omstandigheden. Als het smelt, verandert magnesiumoxide van een elektrische isolator zoals kwarts (wat betekent dat elektronen niet vrij kunnen bewegen) in een elektrische geleider zoals ijzer (wat betekent dat elektronen gemakkelijk vrij kunnen bewegen).

Naar aanleiding van het onderzoek kan de conclusie getrokken worden dat magnesiumoxide onder huidige aardse omstandigheden een vaste, niet-geleidende stof is – maar dat magnesiumoxide in de lava-oceaan van de vroege aarde in staat was om een magnetisch veld te genereren. Blijkbaar zijn de omstandigheden in het binnenste van superaardes dusdanig dat magnesiumoxide ook hier kan voorkomen in een metaalachtige vloeibare fase, evenals in de nieuw waargenomen vaste fase onder hoge druk.

De bevindingen doen de grens tussen mantel- en kernmateriaal vervagen en kan gebruikt worden als startpunt om te begrijpen hoe jonge planeten een magnetisch veld kunnen genereren en deze vast kunnen houden.

Bron: Carnegie

Laat wat van je horen

*