In een poging om de omstandigheden in de gesmolten buitenste kern van de aarde te onderzoeken, onderzoekers hebben met succes de dichtheid van vloeibaar ijzer bepaald en de snelheid waarmee geluid zich er bij extreem hoge drukken doorheen voortplant. Ze bereikten dit met behulp van een zeer gespecialiseerd diamantaambeeld dat monsters comprimeert, en geavanceerde röntgenmetingen. Hun bevindingen bevestigen dat de gesmolten buitenkern minder dicht is dan vloeibaar ijzer, en zet ook waarden op de discrepantie.

Jules Verne's roman "Reis naar het middelpunt van de aarde" uit 1864 toont ontdekkingsreizigers op een fantasierijke reis naar de kern van de aarde, waar ze een gigantische holle grot vinden die een prehistorische omgeving bevolkt met dinosaurussen. Ze komen daar dankzij een tankachtige boormachine die door vulkanen navigeert. Het klinkt leuk, maar onnodig te zeggen, het is ver verwijderd van de realiteit, waar onderzoekers de binnenste aarde verkennen met een reeks technieken en instrumenten uit de vergelijkende veiligheid van het aardoppervlak.

Seismische apparatuur die meet hoe aardbevingen door de planeet reizen, is cruciaal om enkele van de grotere structurele arrangementen binnen de aarde in kaart te brengen, en dankzij dit, het is al lang bekend dat in het hart van de aarde een vaste kern ligt, omringd door een minder dichte vloeibare buitenkern. Voor de eerste keer, experimenten en simulaties hebben onderzoekers details getoond over deze buitenste kern die voorheen onbereikbaar waren. En deze studies onthullen enkele fascinerende details.

"Het is niet gemakkelijk om de omstandigheden in het centrum van de aarde hier op het oppervlak te herscheppen, " zei projectassistent-professor Yasuhiro Kuwayama van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen. "We gebruikten een diamanten aambeeld om een ​​monster vloeibaar ijzer samen te persen dat onderhevig is aan intense hitte. Maar meer dan alleen de voorwaarden scheppen, we moesten ze lang genoeg onderhouden om onze metingen te doen. Dit was de echte uitdaging."

Het is moeilijker om de dichtheid van een vloeibaar monster te meten dan een vast monster, omdat het apparaat daar meer tijd voor nodig heeft. Maar met een unieke experimentele opstelling rond een diamanten aambeeld, die in twee decennia is gemaakt, Kuwayama en zijn team behielden hun steekproef voldoende om de benodigde gegevens te verzamelen. Ze gebruikten een sterk gerichte röntgenbron van de SPring-8-synchrotron in Japan om het monster te onderzoeken en de dichtheid ervan te meten.

"We ontdekten dat de dichtheid van vloeibaar ijzer, zoals je zou vinden in de buitenste kern, ongeveer 10 ton per kubieke meter is bij een druk van 116 gigapascal, en de temperatuur is 4, 350 Kelvin, " legde Kuwayama uit. "Ter referentie, typische kamertemperatuur is ongeveer 273 Kelvin. Dus dit monster is meer dan 16 keer heter dan je kamer, en 10 keer dichter dan water."

In vergelijking met deze nieuwe meting, de dichtheid van de buitenste kern van de aarde lijkt ongeveer 8% minder dicht te zijn dan zuiver vloeibaar ijzer. De suggestie hier is dat er extra lichtere elementen in de gesmolten buitenkern zijn die momenteel niet geïdentificeerd zijn. Dit onderzoek zou anderen kunnen helpen in hun zoektocht om meer onbereikbare geheimen van diep in de aarde te onthullen.

"Het is belangrijk om deze dingen te onderzoeken om meer te begrijpen, niet alleen over de kern van de aarde, maar over de compositie en dus gedrag, ook van andere planeten, " concludeerde Kuwayama. "Het is belangrijk op te merken dat het niet alleen de uitgebreide apparatuur was die ons hielp deze nieuwe informatie te vinden, maar ook nauwgezette wiskundige modellering en analytische methoden. We waren aangenaam verrast door hoe effectief deze aanpak was, en hopen dat het kan leiden tot een beter begrip van de wereld onder onze voeten."

De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .