Aardkern blijkt asymetrisch te groeien maar kantelen zal ze niet

Recent geofysisch onderzoek heeft aangetoond dat de ene helft van de aardkern, een vaste metalen bol, sneller groeit dan de andere helft. De asymetrische groei zal volgens de geofysici niet leiden tot het kantelen van de Aarde. De aardkern is het bolvormige, binnenste deel van de Aarde, dat zich uitstrekt van de onderkant van de aardmantel tot aan het middelpunt van de Aarde, welke zich op ruim 6300 km diepte bevindt. De aardkern is, sinds zijn ontstaan zo’n 4,5 miljard jaar geleden, in de loop van de tijd begonnen te kristalliseren toen de temperatuur in het centrum van de planeet daalde ‘onder het smeltpunt van ijzer bij extreme druk’, een groei van ongeveer 1 mm in de straal per jaar. Nieuw onderzoek o.l.v. seismoloog Daniel A. Frost, stelt dat deze toename in omvang mogelijk asymmetrisch is en dat het oostelijke deel van de binnenkern, onder Azië, sneller groeit dan het westelijke deel van de kern dat onder Amerika ligt. De asymetrische groei komt doordat de planeet sneller warmte uit sommige delen van de binnenkern (inner core) zuigt. Maar daar de vaste binnenkern onderhevig is aan zwaartekracht die de nieuwe groei gelijkmatig verdeelt door een proces van inwendige stroming, handhaaft zich de bolvorm van de binnenkern.

Aarde opbouw Credits; NASA/SSI

Metalen kern koelt af en stolt tot homogene bol
Directe observatie van de kern, zo enorm diep, is onmogelijk. Het gecombineerd werk van seismologen, geodynamici en materiaalfysici moet meer inzicht geven in de processen aldaar. Deze studie duidt op asymetrische kerngroei, en heeft weer nieuw inzicht gegeven in de vorming van de Aarde en haar magnetisch veld. De aardkern is 4,5 miljard jaar oud, in de eerste 200 miljoen jaar trok de zwaartekracht het zwaardere ijzer naar het centrum van de planeet en liet de rotsachtige silicaatmineralen achter om mantel en korst te vormen. Bij de vorming werd veel warmte vastgelegd in de planeet en het verlies van deze warmte en de opwarming door aanhoudend radioactief verval hebben sindsdien de evolutie van onze planeet gestimuleerd. Warmteverlies in het aardse centrum drijft de krachtige stroming in de buitenste kern van vloeibaar ijzer aan, die het magnetische veld van de aarde creëert. Afkoeling in het diepe binnenste van de aarde drijft de platentektoniek aan, die het planeetoppervlak vormt. Toen de aarde in de loop van de tijd afkoelde, daalde de temperatuur in het midden van de planeet uiteindelijk onder het smeltpunt van ijzer bij extreme druk, en de binnenste kern begon te kristalliseren. De binnenkern groeit nu elk jaar met een straal van ong. 1 mm, wat neerkomt op het stollen van 8000 ton gesmolten ijzer per seconde. Over miljarden jaren leidt dit tot een compleet vaste kern, waardoor de aarde zonder zijn beschermende magnetische veld achterblijft. Er zou uit deze stolling een homogene vaste bol gecreëerd moeten worden, maar dit is niet zo. Zo’n 30 jaar geleden realiseerde wetenschappers zich dat de snelheid van seismische golven die door de binnenkern reizen onverwachts varieerde. Dit suggereerde dat er ‘iets asymmetrisch’ aan de hand was. Met name de oostelijke helften (Azië, de Indische Oceaan en de westelijke Pacific) en westelijke helften (Amerika, Atlantische Oceaan en de oostelijke Pacific) van de binnenkern vertoonden variaties in seismische golfsnelheid.

M.b.v. nieuwe seismische data, geodynamische modellering en schattingen van hoe ijzerlegeringen zich onder hoge druk gedragen, ontdekte het team dat de oostelijke binnenkern onder de Bandazee van Indonesië sneller groeit dan de westelijke kant onder Brazilië. De oorzaak is dat de planeet sneller warmte uit sommige delen van de binnenkern zuigt dan uit andere delen. Daar echter de vaste binnenkern onderhevig is aan zwaartekracht die de nieuwe aangroei gelijkmatig verdeelt door een proces van inwendige stroming, wordt de bolvorm van de kern gehandhaafd. Dit houdt in dat er geen kantelingsgevaar is, hoewel deze ongelijke groei wel wordt geregistreerd in de seismische golfsnelheden in de binnenkern van de planeet. De onderzoekers stelden ook vast dat de binnenkern (inner core) – in het centrum van de hele kern die veel eerder gevormd is – tussen de 500 miljoen en 1500 miljoen jaar oud is, relatief jong dus. Een kanttekening bij deze studie is wel dat enkele fysieke aannames van de auteurs waar moeten zijn voor deze uitkomst. Hun model werkt bv alleen als de binnenkern bestaat uit één specifieke kristallijne fase van ijzer, waarover enige onzekerheid bestaat. Maar het is niet ongewoon dat planeten helften hebben die van elkaar verschillen. De korst aan de verre zijde van de maan is chemisch verschillend van de korst aan de andere kant. En op Mercurius en Jupiter is niet het oppervlak ongelijk, maar het magnetisch veld, dat geen spiegelbeeld vormt tussen noord en zuid.

Structuur Aarde Credits; University of Austin, TX/NASA

Mysterieuze nieuwe aardlaag ontdekt
Recent werd er nog een bijzonderheid aangaande de aardkern onthuld. Geofysici van de Australian National University ontdekten dat de
binnenkern van de aarde twee afzonderlijke lagen kan hebben – i.t.t. wat algemeen werd aangenomen. De aarde bezit vier hoofdlagen; korst, mantel, de buitenste en de binnenste kern. De fysici die hun onderzoek publiceerden in het Journal of Geophysical Research, ontdekten m.b.v. een zoekalgoritme, die duizenden modellen van de massieve kern van de aarde analyseerde en vergeleek met bestaande data over seismische golven, dat de binnenkern nog een verborgen laag zou herbergen. Volgens PhD-onderzoekster Joanne Stephenson werd dit idee decennia eerder geopperd maar nooit uitgezocht. Stephenson stelt dat deze ‘binnenste binnenkern’ van de aarde er mogelijk op duidt dat er zich een onbekende gebeurtenis in de geschiedenis van de aarde heeft voorgedaan: “We hebben bewijs gevonden dat kan duiden op een verandering in de structuur van ijzer, wat misschien twee afzonderlijke afkoelingsgebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde suggereert.” Bronnen: TheNextWeb/The Conversation/NASA/ANU/University of Austin, Texas

Aardmagnetisch veld functioneerde vroeger heel anders dan tegenwoordig

Credit: Peter Driscoll

Onze planeet heeft een magnetisch veld dat ons beschermt tegen de schadelijke invloed van kosmische straling. Dit magnetische veld heeft twee polen – een noordpool en een zuidpool. Dat is natuurlijk volkomen logisch en altijd al zo geweest…..toch? Volgens recent onderzoek is dat niet het geval! Het lijkt erop dat zo’n één miljard jaar geleden de aarde ook een oostpool moet hebben gehad, een westpool, en een ehm….”iets-meer-naar-links”-pool? Het magnetische veld wordt gegenereerd in de aardkern en deze is zo’n 650 miljoen jaar geleden deels gestold. Als gevolg hiervan zijn de magnetische polen ernstig beïnvloed en is het magnetische veld omgevormd in een tweepolige variant. Oftewel, de aarde had gedurende het grootste deel van haar bestaan een “zwakke” magnetosfeer dat heel snel tussen allerlei polen fluctueerde. Pas zo’n 650 miljoen jaar geleden zijn de fluctuaties snel minder geworden en is het magnetische veld “ingestort” tot een “sterke” tweepolige variant. Bron: Gizmodo

Is de maan verantwoordelijk voor het aardmagnetisch veld?

De geodynamo aangedreven door de maan. credit: © Julien Monteux and Denis Andrault.

Het aardmagnetisch veld beschermt ons voortdurend tegen straling uit de ruimte. Dit belangrijke schild wordt geproduceerd door de geodynamo, de wervelende stroom van gesmolten metalen in de aardkern. Om het aardmagnetisch veld tot de dag van vandaag te onderhouden, is het noodzakelijk dat de aardkern in de laatste 4 miljard jaar zo’n 3000 graden is afgekoeld. In werkelijkheid blijkt die afkoeling slechts 300 graden te bedragen, zodat de modellen met een probleem zitten opgezadeld. Gelukkig kan de maan uitkomst bieden. De aarde heeft een ietwat afgeplatte vorm en een scheve rotatie-as die rondom de polen “wiebelt”. Als gevolg hiervan wordt de aardmantel vervormd en gekneed door getijdenkrachten van de maan. Hierbij wordt voortdurend zo’n 3700 miljard Watt aan energie opgewekt, waarvan 1000 miljard in de aardkern terecht komt. Dit is ruim voldoende om het aardmagnetisch veld te genereren, waarmee de paradox is opgelost. Dat de zwaartekracht van een extern object een grote invloed kan hebben op het magnetische veld van een planeet is langer bekend. Voorbeelden zijn de Jupitermanen Io en Europa en een aantal exoplaneten.

Bron: Centre national de la recherche scientifique‘,

SWARM satellieten zien aanwijzing voor komende omkering magnetische polen

credit: EADS Astrium

Het vorig jaar november gelanceerde drietal SWARM-satellieten heeft z’n eerste half jaar van metingen van het magnetische veld van de aarde met behulp van geavanceerde magnetometers er op zitten en uit de voorlopige gegevens blijkt dat het magnetische veld in kracht is afgenomen. Hierboven zie je een kaart die gemaakt is door metingen met het SWARM-trio van januari tot en met juni 2014, in rood de gebieden waar het magnetische veld in sterkte toenam, blauw waar het in sterkte afnam. Globaal is de sterkte van het magnetisch veld zo’n 50.000 nanoTesla (nT), de gemeten toe- of afname bedraagt maximaal 100 nT. SWARM bevestigt wat eerdere studies al hebben laten zien: de sterkte van het magnetisch veld van de aarde neemt af, zo’n 10% de afgelopen 150 jaar. Wetenschappers denken dat dit een aanwijzing is voor een omkering van de magnetische polen, waarbij de magnetische noord- en zuidpool omwisselen – iets wat iedere 400.000 jaar schijnt plaats te vinden en dat enkele duizenden jaren kan duren. Hieronder een mooie infografiek van Ben Gilliland van CosmOnline over de SWARM-waarnemingen aan het aardmagnetisch veld.

Bron: CosmOnline + eoPortal.

Een timelapse van het turbulente aardmagnetisch veld

Credit: ESA/AOES Medialab

De Europese SWARM-satellieten (drie stuks) zijn sinds januari van dit jaar volledig functioneel. De satellieten houden de vorm en de kracht van het aardmagnetisch veld in de gaten. Onderstaande video laat de veranderingen zien van januari 2014 tot nu (ongeveer). Je ziet dat het magnetisch veld altijd in staat van verandering is.

Op lange termijn is dat veel duidelijker. De magnetische noordpool gaat regelmatig aan de wandel, en de polen worden iedere honderdduizend jaar (ongeveer) omgewisseld [1]de magnetische polen welteverstaan, NIET de geografische polen. We zijn hier geen Niburu.nl!. Bovendien lijkt het erop dat ons magnetisch veld in rap tempo in kracht aan het afnemen is. Vooral boven de Zuid-Atlantische Oceaan is het veld bijzonder zwak, hetgeen kan resulteren in satellieten die plotseling de “hik” krijgen (zogenaamde Single Event Upsets).

Credit: ESA/DTU Space

Bron: European Space Agency

References[+]

References
1 de magnetische polen welteverstaan, NIET de geografische polen. We zijn hier geen Niburu.nl!

Een rivier van plasma beschermt ons tegen de zon

Credit: NASA images used in a photo composite by Christine Daniloff/MIT

Het aardmagnetisch veld, ook wel de magnetosfeer genoemd, strekt zich uit vanaf de aardkern tot ver de ruimte in. Uiteindelijk komt het in aanraking met de zonnewind, een stroom elektrisch geladen deeltjes die wordt uitgezonden door de zon. Over het algemeen vormt het aardmagnetisch veld een soort van schild tegen deze hoogenergetische zonne-activiteit.

Echter, als het aardmagnetisch veld in aanraking komt met het magnetische veld van de zon, een proces dat “magnetische reconnectie” wordt genoemd, dan kunnen krachtige elektrische velden de aardatmosfeer bereiken, waarbij krachtige geomagnetische stormen het gevolg zijn. Gelukkig blijkt dat een speciaal proces ervoor zorgt dat de gevolgen hiervan te overzien zijn.

Wetenschappers zijn tot deze conclusie gekomen naar aanleiding van vele observaties, die zowel vanaf de grond als in de ruimte verricht zijn. Het blijkt dat zich pluimen van laagenergetische plasmadeeltjes vormen, die vervolgens “meeliften” langs de magnetische veldlijnen, helemaal tot aan de grens met de zonnewind. Dankzij de koude, dichte plasmawolken wordt de magnetische reconnectie aldaar verzwakt, en worden de gevolgen voor de aarde dus minder ernstig. De resultaten van het onderzoek worden deze week gepubliceerd in Science.

Bron: Massachusetts Institute of Technology

‘Swarm-trio’ succesvol gelanceerd

Credit: ESA

De drie satellieten van ESA’s Swarm-project zijn vrijdag succesvol in een baan om de aardpolen gebracht door een Russisch Rockot-lanceervoertuig. Het drietal zal vier jaar lang het aardmagnetisch veld in de gaten houden. De Swarm-satellieten zullen ons ongekende, nieuwe inzichten geven in de complexe werking van het aardmagnetische veld. Dat ‘krachtveld’ beschermt onze biosfeer tegen geladen deeltjes en kosmische straling uit de ruimte. Met de nauwkeurige metingen die het trio uitvoert wordt getracht een verklaring te vinden voor het feit dat het magnetisch veld afneemt in sterkte. Daarnaast hopen wetenschappers meer te leren over de invloed die deze verzwakking heeft op het gebied van klimaatverandering. Hieronder een video van de nogal mistige lancering.

Succesvolle lancering

De Russische Rockot (een omgebouwde militaire raket) met de drie Swarm-satellieten aan boord, begon op vrijdag 22 november om 13.02 uur op de Plesetsk-ruimtehaven aan zijn reis naar de ruimte. 91 minuten na de lancering liet de bovenste trap van het voertuig de drie satellieten op een hoogte van 490 kilometer los in hun polaire baan om de aarde. Enige minuten later legden de Zweedse en Noorse grondstations Kiruna en Svalbard contact met het drietal, geheel volgens plan. Alle drie de satellieten worden bestuurd door teams van ESA. Deze teams zijn gelokaliseerd in het European Space Operation Centre in het Duitse Darmstadt. In de uren na de lancering klapten de satellieten hun speciale robotarmen uit. Deze robotarmen zijn voorzien van allerlei meetapparaten die gebruikt zullen worden tijdens de missie.

Kennisgat dichten

Het magnetisch veld van de aarde. Credit: ESA/ATG Medialab

De komende drie maanden neemt ESA de tijd om de wetenschappelijke ladingen aan boord van Swarm te verifiëren. Vervolgens worden de drie satellieten naar hun uiteindelijke baan om de aarde gestuurd en kan het meetwerk beginnen. Twee van de satellieten zullen zij aan zij (met een tussenliggende afstand van slechts 150 kilometer) in een 460 kilometer hoge baan om de evenaar gaan vliegen. De derde satelliet neemt een hogere baan in en draait vanaf dat moment op een hoogte van 530 kilometer rondjes om de aarde. “Swarm staat op het punt om een gat in onze kennis van de aarde te dichten”, aldus Volker Liebig, directeur van ESA’s aardobservatieafdeling. “Het project zorgt ervoor dat we meer begrip zullen ontwikkelen over het schild dat ons beschermt tegen deeltjes en straling die afkomstig zijn van de zon.” Bron: ESA.

Swarm staat klaar om vrijdag gelanceerd te worden

Swarm en de Rockot draagraket zijn klaar voor de lancering vrijdag. Credit: ESA.

Het ene ruimtevaartuig is nog maar net gelanceerd – een paar uur geleden de Amerikaanse Marssonde MAVEN nog – of de volgende staat al weer klaar, te weten de drie Europese Swarm satellieten. Komende vrijdag 22 november zullen die gelanceerd worden met een Russische Rockot draagraket, om 13.02 uur Nederlandse tijd vanaf Plesetsk kosmodroom – oeps, daar ging onlangs nog iets fout. De bedoeling is dat de Swarm satellieten het aardmagnetisch veld in kaart gaan brengen. Het magnetisch veld van de aarde heeft een grote invloed op het leven op onze planeet. In een poging dat voor het blote oog onzichtbare ‘krachtveld’ in kaart te brengen, lanceert de Europese ruimtevaartorganisatie ESA vrijdag a.s. de drie satellieten van zijn Swarm-project.Als je net als de Amerikaanse Apollo-astronaut James Irwin de aarde zou omschrijven als een knikker in de ruimte, dan zou je het magnetisch veld dat onze planeet omringt kunnen zien als een zeepbel die om die knikker heen zweeft. Maar dan wel een hele sterke zeepbel. Het aardmagnetisch veld beschermt onze planeet namelijk tegen allerlei schadelijke stralingen, variërend van kosmische straling tot geladen zonnedeeltjes die de ruimte in geslingerd worden bij iedere flinke uitbarsting op de zon. Als deze deeltjes niet tegengehouden zouden worden door ons onzichtbare en beschermende krachtveld, dan zouden ze de aarde continu bombarderen. Een zichtbaar gevolg van het doordringen van beperkte hoeveelheden deeltjes is het Noorderlicht. Maar wanneer er teveel van die deeltjes de atmosfeer binnen komen, dan zou de atmosfeer zoals wij die kennen niet zou kunnen bestaan, wat het leven op aarde dan weer onmogelijk zou maken.

Groot mysterie

Het magnetisch veld rondom de aarde. Credit: ESA/ATG medialab

Het magnetisch veld rondom de aarde is een van de grootste overgebleven mysteries van onze planeet. Wie wel eens een kompas in zijn handen heeft gehad, heeft de werking van het onzichtbare krachtveld zelf kunnen zien. Het magneetveld zorgt er onder andere voor dat een kompas naar het noorden wijst, iets wat lange tijd onmisbaar is geweest voor bijvoorbeeld de scheepsvaart. Maar dat kompassen naar het noorden wijzen, dat is niet altijd zo geweest. Het aardmagnetisch veld staat namelijk niet stil. Om de paar duizend jaar draait de polariteit van de aarde, waardoor de kompassen van onze hele verre voorouders (als ze die gehad zouden hebben) juist naar het zuiden zouden hebben gewezen. Maar het magnetisch veld dat zich als een zeepbel om de aarde bevindt is niet alleen op het gebied van polariteit veranderlijk. Er zijn ook tekenen dat het ons zo goed beschermende krachtveld zwakker aan het worden is.

Raadselachtig magneetveld doorprikken

SWARM in de ruimte. Credit: ESA/ATG medialab

Hoewel we weten dat het aardmagnetisch veld op meerdere plaatsen op aarde ontstaat, is de precieze werking ervan nog een groot raadsel. Een raadsel dat de Europese ruimtevaartorganisatie hoopt op te lossen met zijn Swarm-missie. Na jaren van voorbereiding lanceert ESA 22 november drie satellieten vanaf het Russische Plesetsk-kosmodroom in Rusland. Het doel van deze kunstmanen is het in kaart brengen van het aardmagnetisch veld. Tijdens de vier jaar durende missie meten de drie met Europese en Canadese technologie uitgeruste satellieten het precieze magnetische signaal dat voortkomt uit de aardkern, de mantel, de korst, de oceaan, de ionosfeer en de magnetosfeer.

Nieuwe inzichten

Swarm brengt het aardmagnetisch veld in kaart. Credit: ESA–P. Carril, 2013

Door de verschillende eigenschappen van het geobserveerde veld te analyseren zal, de Swarm-missie nieuwe inzichten in veel natuurlijke processen bieden. Die natuurlijke processen variëren van de werking van het binnenste van de aarde tot het door zonneactiviteit veroorzaakte ruimteweer. Deze meetgegevens zullen wetenschappers op hun beurt weer meer vertellen over de oorzaken van het zwakker wordende aardmagnetische veld. Daarnaast kunnen de meetgegevens van de Swarm-satellieten bijdragen aan het verbeteren van navigatie en het begrijpen van processen die bij aardbevingen een rol spelen. De Swarm-missie bestaat uit drie identieke kunstmanen die samen meetgegevens van de aarde zullen verzamelen. De satellieten zijn gekenmerkt door hun wat ongewone trapeziumvorm. Die zorgt ervoor dat de kunstmanen voortdurend van voldoende zonne-energie voorzien worden. Alle drie de satellieten hebben een arm die uitgeklapt wordt zodra de instrumenten zich in hun baan om de aarde bevinden. De arm bevindt zich aan de achterkant van de kunstmaan en beslaat ongeveer de helft van de lengte van de negen meter lange satelliet. De arm is het enige bewegende onderdeel van het voertuig. Door de afwezigheid van andere bewegende onderdelen wordt de kans op trillingen die metingen kunnen verstoren zo klein mogelijk gehouden.

Pas- en meetwerk

Slechts een paar centimeter uit elkaar

Het ongebruikelijke ontwerp van de drie Swarm-satellieten is het resultaat van veel pas- en meetwerk. Zo moeten de satellieten niet alleen veel instrumenten met zich meedragen, maar moeten ze compact genoeg zijn om gezamenlijk met één raket naar de ruimte te worden gevlogen. Na de lancering zullen de drie Swarm-satellieten in twee verschillende banen om de aarde gaan vliegen. De ene baan bevindt zich aan het begin van de missie op een hoogte van 460 kilometer en de andere op 530 kilometer. De satellieten zullen afhankelijk van de hoogte van hun baan om de aarde tussen de vijftien en zestien keer per dag overvliegen. Zodra de satellieten hun baan om de aarde bereikt hebben worden de systemen aan boord geactiveerd. Vanaf dat moment staan ze in verbinding met de grond. Verwacht wordt dat het drie dagen duurt voordat de satellieten volledig operationeel zijn, waarna de volgende drie maanden gebruikt worden om alle instrumenten aan boord van de satellieten te testen. Na deze drie maanden zal Swarm beginnen met het leveren van zijn eerste gegevens. Bron: ESA.

16 miljoen jaar geleden keerden Aardse magnetische polen razendsnel om

Model van het aardmagnetisch veld. Credit: Selkin et al

Voor de tweede keer zijn er aanwijzingen gevonden dat de noord- en zuidpool van het aardmagnetisch veld in het verleden razendsnel zijn gewisseld. Om de 300.000 jaar treedt die omkering van noord- en zuidpool op en normaal gesproken duurt zo’n ‘ompoling’ ongeveer 5000 jaar. Die ompoling vindt z’n oorsprong in de kern van de Aarde, maar wat precies de oorzaak van dit verschijnsel is dat is nog onbekend. In 1995 werden in een oude lavastroom in Oregon (Verenigde Staten) aanwijzingen gevonden dat de ompoling ooit met een snelheid van maar liefst 6° per dag had plaatsgevonden, da’s 10.000 keer sneller dan de normale ompoling gaat. Aan die waarneming werd destijds weinig waarde gehecht, maar recent onderzoek van Scott Bogue (Occidental College in Los Angeles) en Jonathan Glen (United States Geological Survey in Menlo Park, Californië) aan een gestold stuk lava uit Nevada laat hetzelfde zien: een razendsnelle omkering, waarbij het magnetisch veld van de Aarde in één jaar tijd maar liefst 53° kantelde. In vier jaar tijd zou het gehele magnetische veld zijn omgekeerd, tikkie sneller dan die 5000 jaar. Zou zoiets nu gebeuren dan zouden we een flink probleem hebben, want schepen hanteren voor hun navigatie nog steeds de ouderwetse kompasnaalden. Vogels oriënteren zich ook op het magnetische veld, dus die zouden behoorlijk van streek raken. Moeten ze maar overstappen op GPS. 🙂 Bron: New Scientist.