Om onbekende redenen, De solide ijzeren binnenkern van de aarde groeit aan de ene kant sneller dan aan de andere, en het is al sinds het meer dan een half miljard jaar geleden begon te bevriezen uit gesmolten ijzer, volgens een nieuwe studie door seismologen aan de Universiteit van Californië, Berkeley.

De snellere groei onder de Indonesische Bandazee heeft de kern niet scheef gelaten. De zwaartekracht verdeelt de nieuwe groei gelijkmatig - ijzerkristallen die zich vormen als het gesmolten ijzer afkoelt - om een ​​bolvormige binnenkern te behouden die in straal met gemiddeld 1 millimeter per jaar groeit.

Maar de verhoogde groei aan de ene kant suggereert dat iets in de buitenste kern of mantel van de aarde onder Indonesië de warmte uit de binnenste kern sneller verwijdert dan aan de andere kant, onder Brazilië. Een snellere afkoeling aan de ene kant zou de ijzerkristallisatie en de groei van de binnenkern aan die kant versnellen.

Dit heeft gevolgen voor het magnetisch veld van de aarde en haar geschiedenis, omdat convectie in de buitenste kern, aangedreven door het vrijkomen van warmte uit de binnenste kern, vandaag de dag de dynamo aandrijft die het magnetische veld genereert dat ons beschermt tegen gevaarlijke deeltjes van de zon.

"We geven nogal losse grenzen aan de leeftijd van de binnenkern - tussen een half miljard en 1,5 miljard jaar - die kunnen helpen in het debat over hoe het magnetische veld werd gegenereerd vóór het bestaan ​​van de vaste binnenkern, " zei Barbara Romanowicz, UC Berkeley Professor van de Graduate School in de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen en emeritus directeur van het Berkeley Seismological Laboratory (BSL). "We weten dat het magnetische veld al 3 miljard jaar geleden bestond, dus andere processen moeten op dat moment convectie in de buitenste kern hebben veroorzaakt."

De jonge leeftijd van de innerlijke kern kan betekenen dat, vroeg in de geschiedenis van de aarde, de hitte die de vloeibare kern kookte, kwam van lichte elementen die zich afscheidden van ijzer, niet door kristallisatie van ijzer, die we vandaag zien.

"Debat over de leeftijd van de innerlijke kern is al lang aan de gang, " zei Daniël Frost, assistent projectwetenschapper bij de BSL. "De complicatie is:als de binnenkern slechts 1,5 miljard jaar heeft kunnen bestaan, op basis van wat we weten over hoe het warmte verliest en hoe heet het is, waar kwam dan het oudere magnetische veld vandaan? Dat is waar dit idee van opgeloste lichtelementen vandaan kwam die vervolgens bevriezen."

Vriesijzer

Asymmetrische groei van de binnenste kern verklaart een drie decennia oud mysterie - dat het gekristalliseerde ijzer in de kern bij voorkeur lijkt te zijn uitgelijnd langs de rotatie-as van de aarde, meer in het westen dan in het oosten, terwijl je zou verwachten dat de kristallen willekeurig georiënteerd zijn.

Bewijs voor deze uitlijning komt van metingen van de reistijd van seismische golven van aardbevingen door de binnenkern. Seismische golven reizen sneller in de richting van de noord-zuid-rotatie-as dan langs de evenaar, een asymmetrie die geologen toeschrijven aan ijzerkristallen - die asymmetrisch zijn - waarbij hun lange assen bij voorkeur langs de aardas zijn uitgelijnd.

Als de kern vast kristallijn ijzer is, hoe worden de ijzerkristallen bij voorkeur in één richting georiënteerd?

In een poging de waarnemingen te verklaren, Frost en collega's Marine Lasbleis van de Université de Nantes in Frankrijk en Brian Chandler en Romanowicz van UC Berkeley creëerden een computermodel van kristalgroei in de binnenkern dat geodynamische groeimodellen en de minerale fysica van ijzer bij hoge druk en hoge temperatuur omvat.

"Het eenvoudigste model leek een beetje ongewoon - dat de binnenkern asymmetrisch is, "Zei Frost. "De westkant ziet er anders uit dan de oostkant helemaal naar het centrum, niet alleen aan de bovenkant van de binnenkern, zoals sommigen hebben gesuggereerd. De enige manier waarop we dat kunnen verklaren, is dat de ene kant sneller groeit dan de andere."

Het model beschrijft hoe asymmetrische groei - ongeveer 60% hoger in het oosten dan in het westen - bij voorkeur ijzerkristallen langs de rotatie-as kan oriënteren, met meer afstemming in het westen dan in het oosten, en het verschil in seismische golfsnelheid over de binnenkern verklaren.

"Wat we in dit artikel voorstellen, is een model van scheve vaste convectie in de binnenkern dat seismische waarnemingen en plausibele geodynamische randvoorwaarden verzoent, ' zei Romanowicz.

Vorst, Romanowicz en hun collega's zullen hun bevindingen rapporteren in de uitgave van deze week van het tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

Het binnenste van de aarde met seismische golven onderzoeken

Het binnenste van de aarde is gelaagd als een ui. De solide ijzer-nikkel binnenkern - vandaag 1, 200 kilometer (745 mijl) in straal, of ongeveer driekwart van de grootte van de maan - is omgeven door een vloeibare buitenkern van gesmolten ijzer en nikkel van ongeveer 2, 400 kilometer (1, 500 mijl) dik. De buitenste kern is omgeven door een mantel van heet gesteente 2, 900 kilometer (1, 800 mijl) dik en bedekt door een dunne, koel, rotsachtige korst aan de oppervlakte.

Convectie vindt zowel plaats in de buitenste kern, die langzaam kookt als warmte van kristalliserend ijzer uit de binnenkern komt, en in de mantel, terwijl heter gesteente omhoog beweegt om deze warmte van het centrum van de planeet naar de oppervlakte te brengen. De krachtige kokende beweging in de vloeibaar-ijzeren buitenste kern produceert het magnetische veld van de aarde.

Volgens het computermodel van Frost, die hij creëerde met de hulp van Lasbleis, terwijl ijzerkristallen groeien, zwaartekracht herverdeelt de overtollige groei in het oosten naar het westen binnen de binnenkern. Die beweging van kristallen in de nogal zachte vaste stof van de binnenkern - die bij deze hoge drukken dicht bij het smeltpunt van ijzer ligt - lijnt het kristalrooster langs de rotatie-as van de aarde in het westen meer uit dan in het oosten.

Het model voorspelt correct de nieuwe waarnemingen van de onderzoekers over de reistijden van seismische golven door de binnenkern:de anisotropie, of verschil in reistijden evenwijdig aan en loodrecht op de rotatie-as, neemt toe met de diepte, en de sterkste anisotropie is ongeveer 400 kilometer (250 mijl) ten westen van de rotatie-as van de aarde verschoven.

Het model van binnenkerngroei geeft ook limieten aan de verhouding van nikkel tot ijzer in het centrum van de aarde, zei Vorst. Zijn model geeft seismische waarnemingen niet nauwkeurig weer, tenzij nikkel tussen de 4% en 8% van de binnenste kern uitmaakt - wat dicht in de buurt komt van het aandeel in metalen meteorieten die ooit vermoedelijk de kernen waren van dwergplaneten in ons zonnestelsel. Het model vertelt geologen ook hoe viskeus, of vloeistof, de binnenkern is.

"We suggereren dat de viscositeit van de binnenkern relatief groot is, een invoerparameter die van belang is voor geodynamica die de dynamoprocessen in de buitenste kern bestuderen, ' zei Romanowicz.