De aardmantel verliest 50% meer warmte dan eerder werd gedacht

De aarde koelt sneller af dan verwacht. Geologen van ETH Zürich hebben dit nu kunnen bepalen met behulp van de thermische geleidbaarheid van de aardmantel. Volgens deze geeft de kern ongeveer 50% meer warmte af aan de mantel dan eerder werd aangenomen.

Hete kern is een basisvereiste voor leven op aarde

Leven op aarde is ook mogelijk omdat de planeet leven in zich heeft. Niet alleen zorgt de hete kern van de aarde voor plaatverschuivingen, maar ook bergen en vulkanen zijn terug te voeren op deze oorsprong. Bovendien mag de waardevolle beschermende factor van het aardmagnetisch veld niet worden vergeten. Dit werd ook gegenereerd door ondergrondse stromingen. Lagen van metaalhoudende lava vloeien samen op zo’n manier dat de planeet een gigantische dynamo is en gevaarlijke straling uit de ruimte kan blokkeren met behulp van een sterk magnetisch veld. Volgens sommige onderzoekers zou de volledige afkoeling van de aardkern kunnen leiden tot hetzelfde lot dat onze planeet overkomt, zoals bijvoorbeeld Mars.

Dat dit op een dag kan gebeuren, heeft ook te maken met de natuurlijke thermische geleidbaarheid van de dop. Bridgmanite wordt grotendeels gevonden in de overgangszone tussen de mantel en de kern van de aarde. Deze plakkerige rotslaag wordt constant geassocieerd met ijzer-nikkel lava, maar is ongeveer 1000 graden Celsius heter. “Vanwege de steile temperatuurgradiënt is dit de grootste thermische limiet op aarde, wat de vraag oproept hoe snel de aarde warmte verliest en hoe lang deze dynamisch actief kan blijven”, zeggen de onderzoekers van ETH Zürich. In feite zou het totale warmteverlies voor de hele planeet van deze limiet moeten afhangen.

Onderzoekers moesten omstandigheden in het hart van de aarde nabootsen

Tot op heden heeft de meting van de thermische geleidbaarheid van bridgemaniet een groot probleem opgeleverd. Om te bepalen hoeveel warmte het metaal zou absorberen en weer afgeven, moesten de wetenschappers het proces onder de grond nabootsen en ook rekening houden met dezelfde omstandigheden in termen van druk en temperatuur. Zwitserse onderzoekers zijn er nu in geslaagd om precies zo’n systeem te creëren door onder hoge druk en temperatuur monokristallijne kristallen van bridgemaniet te produceren en ze te onderwerpen aan een druk van 80 gigapascal met behulp van een diamanten aambeeldcel. Een laser kan dan worden gebruikt om de kristallen te verwarmen tot een temperatuur van ongeveer 2.200°C.

De meting kan eindelijk worden gedaan met een spectrometer. Met dit instrument kan de uitgaande straling worden gemeten en kunnen conclusies worden getrokken over het kristalrooster, thermische geleidbaarheid en warmte.

Ongeveer 5,3 Watt per meter en Kelvin (W/mK) wordt door het metaal doorgegeven. De onderzoekers veronderstellen dat de totale thermische geleidbaarheid ongeveer 15,2 W/mK zou moeten zijn. De nieuwe bevindingen zijn 1,5 keer hoger dan eerdere geofysische schattingen.

“Onze resultaten kunnen ons een nieuw perspectief geven op de evolutie van de dynamiek van de aarde”, zegt geoloog Motohiko Murakami. “Ze suggereren dat de aarde, net als de andere rotsplaneten Mercurius en Mars, veel sneller afkoelt en inactief wordt dan verwacht.”

Wetenschappers hebben echter geen conclusies kunnen trekken over hoe lang de aarde koud zal zijn. “Bij de huidige stand van kennis kan het tijdstip van dergelijke gebeurtenissen niet worden bepaald”, zegt de geoloog. Hiervoor is meer kennis nodig over het radioactief verval van de elementen in de kern van de aarde en over het proces van het verzamelen van mantels.

Studie link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21005859

afbeelding Eric Sucha werkgelegenheid Pixabay