Ongeveer 1800 mijl onder onze voeten genereert wervelend vloeibaar ijzer in de buitenste kern van de aarde het beschermende magnetische veld van onze planeet. Dit magnetische veld is onzichtbaar, maar is van vitaal belang voor het leven op het aardoppervlak omdat het de planeet beschermt tegen zonnewind - stralingsstromen van de zon.

Ongeveer 565 miljoen jaar geleden nam de sterkte van het magnetische veld echter af tot 10 procent van zijn huidige sterkte. Toen stuiterde het veld op mysterieuze wijze terug en herwon het zijn kracht vlak voor de Cambrische explosie van meercellig leven op aarde.

Wat zorgde ervoor dat het magnetische veld terugkaatste?

Volgens nieuw onderzoek van wetenschappers van de Universiteit van Rochester vond deze verjonging plaats binnen enkele tientallen miljoenen jaren - snel op geologische tijdschalen - en viel samen met de vorming van de vaste binnenkern van de aarde, wat suggereert dat de kern waarschijnlijk een directe oorzaak is.

"De binnenkern is enorm belangrijk", zegt John Tarduno, de William R. Kenan, Jr., hoogleraar Geofysica bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen en decaan onderzoek voor Arts, Sciences &Engineering in Rochester. "Vlak voordat de binnenkern begon te groeien, stond het magnetische veld op instorten, maar zodra de binnenkern begon te groeien, werd het veld geregenereerd."

In de krant, gepubliceerd in Nature Communications , bepaalden de onderzoekers verschillende belangrijke data in de geschiedenis van de binnenkern, inclusief een nauwkeurigere schatting voor de leeftijd. Het onderzoek geeft aanwijzingen over de geschiedenis en toekomstige evolutie van de aarde en hoe deze een bewoonbare planeet werd, evenals de evolutie van andere planeten in het zonnestelsel.

Ontgrendelen van informatie in oude rotsen

De aarde is opgebouwd uit lagen:de korst, waar het leven zich bevindt; de mantel, de dikste laag van de aarde; de gesmolten buitenste kern; en de vaste binnenkern, die op zijn beurt is samengesteld uit een buitenste binnenkern en een binnenste binnenkern.

Het magnetische veld van de aarde wordt gegenereerd in de buitenste kern, waar wervelend vloeibaar ijzer elektrische stromen veroorzaakt, waardoor een fenomeen wordt aangestuurd dat de geodynamo wordt genoemd en dat het magnetische veld produceert.

Vanwege de relatie van het magnetische veld met de kern van de aarde, proberen wetenschappers al tientallen jaren vast te stellen hoe het magnetische veld en de kern van de aarde in de loop van de geschiedenis van onze planeet zijn veranderd. Ze kunnen het magnetische veld niet direct meten vanwege de locatie en extreme temperaturen van materialen in de kern. Gelukkig bevatten mineralen die naar het aardoppervlak stijgen kleine magnetische deeltjes die de richting en intensiteit van het magnetische veld vergrendelen op het moment dat de mineralen afkoelen uit hun gesmolten toestand.

Om de leeftijd en groei van de binnenkern beter te beperken, gebruikten Tarduno en zijn team een ​​CO₂ laser en de supergeleidende kwantuminterferentieapparaat (SQUID) magnetometer van het laboratorium om veldspaatkristallen uit het gesteente anorthosiet te analyseren. Deze kristallen hebben minuscule magnetische naalden in zich die 'perfecte magnetische recorders' zijn, zegt Tarduno.

Door het magnetisme te bestuderen dat opgesloten zit in oude kristallen - een veld dat bekend staat als paleomagnetisme - bepaalden de onderzoekers twee nieuwe belangrijke data in de geschiedenis van de binnenkern:

• 550 miljoen jaar geleden :het tijdstip waarop het magnetische veld zich snel begon te vernieuwen na een bijna-instorting 15 miljoen jaar daarvoor. De onderzoekers schrijven de snelle vernieuwing van het magnetische veld toe aan de vorming van een vaste binnenkern die de gesmolten buitenkern oplaadde en de sterkte van het magnetische veld herstelde.
• 450 miljoen jaar geleden :the time at which the growing inner core's structure changed, marking the boundary between the innermost and outermost inner core. These changes in the inner core coincide with changes around the same time in the structure of the overlying mantel, due to plate tectonics on the surface.

"Because we constrained the inner core's age more accurately, we could explore the fact that the present-day inner core is actually composed of two parts," Tarduno says. "Plate tectonic movements on Earth's surface indirectly affected the inner core, and the history of these movements is imprinted deep within Earth in the inner core's structure."

Avoiding a Mars-like fate

Better understanding the dynamics and growth of the inner core and the magnetic field has important implications, not only in uncovering Earth's past and predicting its future, but in unraveling the ways in which other planets might form magnetic shields and sustain the conditions necessary to harbor life.

Researchers believe that Mars, for example, once had a magnetic field, but the field dissipated, leaving the planet vulnerable to solar wind and the surface without oceans. While it is unclear whether the absence of a magnetic field would have caused Earth to meet the same fate, "Earth certainly would've lost much more water if Earth's magnetic field had not been regenerated," Tarduno says. "The planet would be much drier and very different than the planet today."

In terms of planetary evolution, then, the research emphasizes the importance of a magnetic shield and a mechanism to sustain it, he says.

"This research really highlights the need to have something like a growing inner core that sustains a magnetic field over the entire lifetime—many billions of years—of a planet." + Verder verkennen

New research provides evidence of strong early magnetic field around Earth