Binnenkern van de aarde: ontdekking, samenstelling en temperatuur
Ontdek de binnenkern van de aarde: ontdekking door Inge Lehmann, samenstelling (ijzer‑nikkel), extreme temperatuur (~5700 K) en enorme druk meer dan 5.000 km onder het oppervlak.
De binnenkern is het centrum van de aarde en wordt beschouwd als het heetste gedeelte van de planeet. Het is hoofdzakelijk een massieve bol met een straal van ongeveer 1.220 km (760 mi), volgens seismologische studies. Aangenomen wordt dat hij voornamelijk bestaat uit een ijzer-nikkel legering, met mogelijke sporen van lichtere elementen (zoals zwavel, zuurstof, silicium, koolstof of waterstof). De temperatuur in de binnenkern wordt geschat op ongeveer 5.000–7.000 K (rond 4.700–6.700 °C); één veelgenoemde schatting is circa 5.700 K (≈ 5.400 °C), maar er blijft onzekerheid omdat directe metingen onmogelijk zijn.
Ontdekking en bewijs
De binnenkern werd voorgesteld door Inge Lehmann. Zij analyseerde seismische data van een grote gebeurtenis in Nieuw-Zeeland in 1929 en stelde later, in publicaties uit de jaren 1930 (vooral 1936), dat sommige seismische golven werden afgebogen door een vast centrum binnen de aarde. Dankzij nauwkeurige waarnemingen van seismische golven — verschillende golfsoorten die door de Aarde reizen — kon worden aangetoond dat er een vaste binnenkern bestaat omgeven door een vloeibare buitenkern. Seismologie (seismologische studies) levert de belangrijkste directe informatie over grootte, toestand en sommige eigenschappen van de binnenkern.
Samenstelling en toestand
De binnenkern is overwegend een ijzer-nikkel legering, maar geochemische en geofysische modellen suggereren dat er ook lichtere elementen aanwezig zijn om de gemiddelde dichtheid te verklaren. Hoewel de temperatuur in de binnenkern extreem hoog is, is het materiaal daar vast omdat de druk in het centrum de smelttemperatuur van ijzer sterk verhoogt. Uit seismische onderzoeken blijkt dat de binnenkern in grote lijnen vast is, terwijl de omliggende buitenkern vloeibaar is — een belangrijke tegenstelling die van invloed is op dynamische processen in de kern.
Temperatuur, druk en diepte
De binnenkern bevindt zich meer dan 5.000 kilometer onder het aardoppervlak. De druk in het centrum van de aarde wordt geschat op ongeveer 3.500.000 atmosfeer, wat overeenkomt met grofweg 350–360 GPa (3,5×1011–3,6×1011 Pa). Bij zulke extreme drukken stijgt de smelttemperatuur van ijzer, waardoor het materiaal ondanks de hoge temperatuur vast kan blijven.
Hoe weten we dit? (seismische aanwijzingen en experimenten)
Seismische golven die binnen in de aarde ontstaan bij een aardbeving reizen door verschillende interne lagen en geven informatie over hun eigenschappen. Lehmann bestudeerde data van een grote aardbeving in Nieuw-Zeeland en merkte afwijkingen op in de aankomsttijden en paden van bepaalde fasen. Moderne seismologie gebruikt fases zoals PKP, PKiKP en PKIKP om onderscheid te maken tussen golven die door de binnenkern reizen en golven die daar niet doorheen gaan; zulke verschillen tonen aan dat de binnenkern vast en afzonderlijk van de buitenkern is.
Bovendien gebruiken wetenschappers laboratoriumexperimenten (bijv. diamantanvilcellen en lasers) en numerieke modellering om gedrag van ijzer en legeringen te onderzoeken bij extreem hoge druk en temperatuur. Zo worden seismiciteit, mineralogie en thermodynamica gecombineerd om samenstelling en toestand af te leiden.
Structuur en bijzondere eigenschappen
Seismische studies onthullen niet alleen dat de binnenkern vast is, maar ook dat hij niet volledig homogeen is. Er bestaan aanwijzingen voor:
- Anisotropie: seismische golven reizen iets sneller langs de aardrotatie-as dan langs de evenaar, wat kan wijzen op geordende kristalstructuren (bijvoorbeeld uitlijning van ijzerkristallen).
- Heterogeniteit: variaties in snelheid en samenstelling met diepte en langs verschillende geografische richtingen; sommige onderzoekers onderscheiden zelfs een 'binnenste binnenkern' met afwijkende eigenschappen.
- Differentiële rotatie: sommige metingen suggereren dat de binnenkern lichtelijk anders ronddraait dan de mantel en het oppervlak, maar de grootte en richting van zo'n verschil zijn onderwerp van lopend onderzoek.
Rol in het magnetisch veld en thermische evolutie
De groei van de vaste binnenkern speelt een cruciale rol in de dynamo die het aardmagnetisch veld genereert. Terwijl de binnenkern geleidelijk stolt, komt er latente warmte en worden lichtere elementen vrij die uitlekken in de buitenkern; beide processen drijven convectie in de vloeibare buitenkern aan. Deze convectiebewegingen van elektrisch geleidende vloeistof produceren samen met de rotatie van de aarde het geomagnetische veld.
De energiebronnen die de kern warm houden zijn onder meer restwarmte van de vorming van de aarde, chemische differentiatie (vrijgekomen lichtere elementen), latente warmte bij stolling van de binnenkern en mogelijk radioactief verval van sporenelementen.
Leeftijd en ontwikkeling
De vaste binnenkern is niet zo oud als de aarde zelf; modellen en geofysische schattingen suggereren dat de binnenkern begonnen is te stollen ergens tussen ~0,5 en ~1,5 miljard jaar geleden, met veel onderzoeken die rond ~1 miljard jaar uitkomen. De precieze timing hangt af van aannames over warmteflux vanaf de kern naar de mantel en de initiële temperatuur van de aarde.
Open vragen
Ondanks grote vooruitgang blijven er vragen: welke lichte elementen zitten precies in de kern en in welke verhoudingen, hoe groot en snel is eventuele differentiële rotatie van de binnenkern, wat is de precieze temperatuurverdeling en samenstelling in de diepste kernlagen, en hoe veranderde de kern door de geologische tijd heen? Nieuwe seismische data, experimenten bij nog hogere drukken en verbeterde computermodellen helpen deze vragen stap voor stap te beantwoorden.
Samenvattend: de binnenkern is een compacte, grotendeels ijzer-nikkelachtige bol in het centrum van de aarde, ontdekt dankzij seismologie door Inge Lehmann, met extremen van druk en temperatuur die unieke fysische toestanden mogelijk maken. Zijn groei en eigenschappen zijn essentieel voor het begrip van het aardmagnetisch veld en de thermische geschiedenis van onze planeet.
De inwendige structuur van de Aarde
De binnenkern is op deze doorsnede van de aarde aangeduid met nummer 7.
Verwante pagina's
- De kern van de aarde
- Planeetkern
Vragen en antwoorden
V: Wat is de binnenste kern?
A: De binnenkern is het centrum van de aarde.
V: Wat is de temperatuur van de binnenkern?
A: Men denkt dat de kern ongeveer dezelfde temperatuur heeft als het oppervlak van de zon: ongeveer 5700 K (5400 °C).
V: Wat is de straal van de binnenkern?
A: Volgens seismologisch onderzoek heeft de binnenkern een straal van ongeveer 1.220 km.
V: Waaruit zou de binnenkern bestaan?
A: Men denkt dat de binnenkern voornamelijk bestaat uit een ijzer-nikkellegering.
V: Wie heeft de binnenkern ontdekt en hoe?
A: De binnenkern werd in 1929 ontdekt door Inge Lehmann met behulp van seismologie. Lehmann bestudeerde een grote aardbeving in Nieuw-Zeeland en zag dat trillingen leken te bewegen over iets vasts in het centrum van de planeet, dat zij de binnenkern noemde.
V: Wanneer werd het bestaan van de binnenkern uiteindelijk bewezen?
A: Het bestaan van de binnenkern werd pas in 1970 bewezen, hoewel Inge Lehmann er jarenlang over schreef.
V: Wat is de druk in de binnenste kern van de aarde?
A: De druk in de binnenkern van de aarde is ongeveer 3.500.000 atmosfeer.
Zoek in de encyclopedie