Als je terug kon reizen in de tijd 41, 000 jaar tot de laatste ijstijd, je kompas zou naar het zuiden wijzen in plaats van naar het noorden. Dat komt omdat voor een periode van een paar honderd jaar, het magnetisch veld van de aarde was omgekeerd. Deze omkeringen zijn herhaaldelijk gebeurd in de geschiedenis van de planeet, soms honderdduizenden jaren. We weten dit van de manier waarop het de vorming van magnetische mineralen beïnvloedt, die we nu op het aardoppervlak kunnen bestuderen.

Er bestaan ​​verschillende ideeën om uit te leggen waarom magnetische veldomkeringen plaatsvinden. Een daarvan is zojuist aannemelijker geworden. Mijn collega's en ik ontdekten dat regio's bovenop de aardkern zich kunnen gedragen als gigantische lavalampen, met klodders rots die periodiek diep in onze planeet stijgen en dalen. Dit kan het magnetische veld beïnvloeden en ervoor zorgen dat het omdraait. De manier waarop we deze ontdekking deden, was door signalen van enkele van 's werelds meest verwoestende aardbevingen te bestuderen.

Rond 3, 000 km onder onze voeten – 270 keer verder naar beneden dan het diepste deel van de oceaan – is het begin van de aardkern, een vloeibare bol van voornamelijk gesmolten ijzer en nikkel. Op deze grens tussen de kern en de rotsachtige mantel erboven, de temperatuur is bijna 4, 000℃ graden, vergelijkbaar met die op het oppervlak van een ster, met een druk van meer dan 1,3 m maal die aan het aardoppervlak.

Aan de mantelzijde van deze grens, vast gesteente stroomt geleidelijk over miljoenen jaren, die de platentektoniek aandrijft die ervoor zorgt dat continenten bewegen en van vorm veranderen. Aan de kernzijde, vloeistof, magnetisch ijzer wervelt krachtig, het creëren en onderhouden van het magnetisch veld van de aarde dat de planeet beschermt tegen de straling van de ruimte die anders onze atmosfeer zou wegnemen.

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

Op deze manier, we weten dat er twee grote gebieden aan de bovenkant van de kern zijn waar seismische golven langzamer reizen dan in de omliggende gebieden. Elke regio is zo groot dat het 100 keer groter zou zijn dan de Mount Everest als het op het oppervlak van de planeet zou zijn. Deze regio's, zogenaamde grote-lage-snelheid-provincies of vaker gewoon "blobs", hebben een grote invloed op de dynamiek van de mantel. Ze beïnvloeden ook hoe de kern afkoelt, die de stroming in de buitenste kern verandert.

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 verplaatsen, 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 misschien 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, alvorens af te koelen en terug te spatten op de kern.

Dergelijk gedrag zou in de loop van miljoenen jaren de manier veranderen waarop warmte aan het oppervlak van de kern wordt onttrokken. En dit zou kunnen verklaren waarom het magnetische veld van de aarde soms omkeert. Het feit dat het veld in de geschiedenis van de aarde zo vaak is veranderd, suggereert dat de interne structuur die we vandaag kennen ook kan zijn 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, we zullen in staat zijn om meer gedetailleerde kaarten van de kern te maken die ons een veel beter begrip zullen geven van wat er zich diep onder onze voeten afspeelt.