De canon "Vijftig jaar Nederlands ruimteonderzoek" is opgesteld in 2012.

Inwendige van de aarde: Hoe is de planeet aarde opgebouwd en wat verandert er?  

aardeinw0.jpg Wat weten we niet?
Wat weten we wel?
Hoe zouden we erachter kunnen komen?
Links
 

 

Wat weten we niet?

Een van de meest onbekende delen van het heelal ligt vlak onder onze voeten: het binnenste van de aarde. De diameter van de aardbol is zo’n 12.750 kilometer. De diepste boring ooit, in Rusland, reikt tot ruim 12 kilometer diepte. Dat is minder dan een promille van de afmeting van de aarde. Een ‘rechtstreeks bezoek’ aan het inwendige van de aarde is technisch niet uitvoerbaar vanwege de afstanden, de enorm toenemende druk en de naar binnen toe stijgende temperatuur. Het inwendige van de aarde stelt ons voor allerlei tot nu toe onopgeloste vragen, zoals:

  • De omkering van het magnetisch veld. Uit geologisch onderzoek blijkt dat de richting van het magnetisch veld van de aarde vaak omklapt. Tijdens dat omklappen is het magneetveld zwakker dan normaal. Als dat vandaag de dag zou gebeuren, hebben we een probleem. Immers, het magnetisch veld van de aarde werkt als een 'schild' tegen kosmische straling vanuit de ruimte. Het is niet bekend waarom het magneetveld van de aarde omklapt en of daar een patroon in zit. Zelfs de oorzaak van het magneetveld is niet precies bekend.
  • De afwijkende rotatie van de binnenkern. De binnenkern van de aarde bestaat uit vast nikkelijzer. Hij zit opgesloten in een buitenkern waarin het nikkelijzer vloeibaar is. Uit precieze metingen blijkt dat de binnenkern in een iets ander tempo draait dan de buitenkern. Hoe kan dat? En waardoor wordt dat in stand gehouden? 
  • Stromingspatronen in de mantel. In het inwendige van de aarde ontstaat warmte door het verval van radioactieve stoffen. Die warmte lekt langzaam naar buiten. In de mantel van de aarde zorgt deze energiebron voor ingewikkelde, uiterst trage stromingen in het taaie gesteente. Soms stulpen hete mantelpluimen omhoog tot vlak onder het oppervlak: de hot-spots zoals onder Hawaii. En op de stromingen drijven schollen van de aardplaat. Ze botsen tegen elkaar en duwen elkaar onder, de mantel in. En op plaatsen waar de aardkorst wijkt, ontstaat nieuwe korst. Maar hoe werken deze mantelstromen? En wat betekent dat voor vulkanisme, aardbevingen en vloedgolven die door zeebevingen worden veroorzaakt? 
   omhoogomlaag

Wat weten we wel?

De informatie die we hebben over het inwendige van onze planeetbol is hoofdzakelijk afkomstig van indirecte metingen, zoals:

  • bestuderen van materiaal dat via vulkanische en tectonische processen aan de oppervlakte is gekomen;
  • seismisch onderzoek, waarbij trillingen die door aardbevingen ontstaan worden afgebogen en weerkaatst door de grensgebieden tussen de verschillende aardlagen;
  • ruimteonderzoek, waarbij subtiele veranderingen in de gemeten zwaartekrachtsversnelling informatie opleveren over de vorm van, en de bewegingen van materie in de aardbol. Ruimteonderzoek richt zich ook op metingen aan veranderingen in de vorm en sterkte van het aardmagnetisch veld. Dat onthult misschien wat er diep in de aarde aan de hand is. 

Lees meer: het inwendige van de aardeHet globale beeld dat we van de aardbol hebben, geeft aan dat de opbouw verschillende lagen omvat. Aan de buitenkant bevindt zich de aardkorst met een dikte van 10 kilometer (oceanen, voornamelijk basaltachtig) tot 80 kilometer (continenten, voornamelijk granietachtig). Deze laag omvat 1% van het volume van de aardbol. De gemiddelde dichtheid is 2,8 gram/cm3 en dat komt overeen met een samenstelling van basalt en graniet. Onder de aardkorst ligt de aardmantel, ongeveer 2900 kilometer dik en goed voor 83% van het volume van de aardbol. Binnen de mantel worden verschillende lagen onderscheiden, zoals de buitenmantel, tot 400 km diep, een overgangsgebied tussen 400 en 900 kilometer diep en de binnenmantel tussen 900 en 2900 kilometer diep. De gemiddelde dichtheid is 4,5 gram/cm3 en het materiaal bestaat uit rotsgesteente met verschillende kristalvormen en dichtheid.

In het centrum bevindt zich de aardkern die uit twee delen bestaat en goed is voor 16% van het volume van de aardbol. De buitenkern strekt zich uit van 2.900 tot 5.100 kilometer diep en daaronder ligt de binnenkern tot 6.371 kilometer diep. De dichtheid is 11 gram/cm3 en het materiaal bestaat uit een mengsel van nikkel en ijzer. De buitenkern is vloeibaar terwijl de binnenkern uit vast materiaal bestaat. In het midden van de aarde is de druk ongeveer 3,5 miljoen atmosfeer en bedraagt de temperatuur 5 000 tot 6 000 graden. Bij die combinatie van druk en temperatuur is het nikkel-ijzer een vaste stof. In de buitenkern is de temperatuur ongeveer 2 900 graden en bij de lagere druk is nikkel-ijzer vloeibaar. Schattingen wijzen uit dat de temperatuur in de binnenkern 100 graden daalt per miljard jaar en dat als gevolg van dit afkoelen de vaste binnenkern ‘pas’ 3 miljard jaar oud is en langzaam groeit. De stromingen van het vloeibare nikkelijzer in de binnenkern veroorzaken via het dynamoprincipe het magnetisch veld van de aarde.

Wat hebben we verder voor informatie verzameld?

   omhoogomlaag

Hoe zouden we erachter kunnen komen?

Metingen aan het binnenste van de aarde zijn vrijwel altijd indirect. Aardbevingsgolven die via een wereldwijd netwerk worden geregistreerd, geven inzicht in de ligging van de verschillende lagen in de aardbol. Vulkanisch onderzoek levert informatie op over de convectie in de aardmantel en over het gesteente in de diepe aardlagen. In toenemende mate is ook ruimteonderzoek van belang. Belangrijke voorbeelden zijn:

 

Links  

Wat weten we niet?
Opbouw aarde : http://www.colorado.edu/physics/phys2900/homepages/Marianne.Hogan/inside.html
KNMI en seismologie : http://www.knmi.nl/seismologie/
Meer over aardmagnetisme : http://www.kennislink.nl/kernwoorden/aardmagnetisme en http://nl.wikipedia.org/wiki/Aardmagnetisch_veld
Over de omkering van het magnetisch veld :
http://news.nationalgeographic.com/news/2004/09/0927_040927_field_flip.html en http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/29dec_magneticfield.html en http://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_reversal
Meer over de aardkern : http://cnx.org/content/m16682/latest/ en http://nl.wikipedia.org/wiki/Aardkern
Meer over de aardmantel : http://geology.about.com/lr/mantle/204786/1/
Meer over hot-spots : http://en.wikipedia.org/wiki/Hotspot_(geology)
Meer over vulkanen en hot-spots : http://www.vulkanisme.nl/

Wat we weten wel?
NASA over de omkering van het geomagnetisch veld :
http://library.gsfc.nasa.gov/Databases/Gtrs/Data/TM212250.pdf
Animaties van het vroegere magneetveld :
http://geomag.org/info/declination.html
Meer over de rotatie van de binnenkern:
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/02/110220142817.htm
Visualisaties van de aardmantel, convectie en pluimen : http://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/deepearth/visualizations...
Meer over mantelpluimen : http://en.wikipedia.org/wiki/Mantle_plume

Hoe zouden we er achter kunnen komen?
Meer over ESA’s CLUSTER-missie : http://www.esa.int/esaSC/120383_index_0_m.html en http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=8
Meer over ESA’s SWARM-missie : http://www.esa.int/esaLP/ESA3QZJE43D_LPswarm_0.html
Meer over ESA’s GOCE-missie : http://www.esa.int/SPECIALS/GOCE/index.html
Meer over plannen voor toekomstige missies bij NASA-JPL : http://solidearth.jpl.nasa.gov/PAGES/pr_obs01.html
Meer over het Instituut voor Aardwetenschappen, Universiteit Utrecht : http://www.uu.nl/faculty/geosciences/nl/Onderzoek/instituten/onderzoeksinstituten/ivau...

b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw1.jpg
Opbouw van de verschillende schillen/aardlagen in planeet aarde
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw2.jpg
Het aardse magneetveld vindt zijn oorsprong in bewegingen in de nikkel-ijzerkern van de aarde
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw3.gif
Belangrijkste lagen in de aardbol
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw4.gif
De warmte-energie uit de aardkern zorgt voor een plastische aardmantel waarop de korsten (continenten) drijven, tegen elkaar aandrukken en elkaar onderduwen. Op andere plaatsen ontstaat weer nieuwe aardkorst
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw5.gif
Modellen om de periodieke omkering van het aardmagnetisch veld te begrijpen. Links het dipoolveld, rechts het multipoolveld
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw6.png
Registraties van de periodieke omkeringen van het magnetisch veld van de aarde
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw7.jpg
Het binnenste van de aarde werkt als een dynamo waarbij het magneetveld ontstaat


b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw7.jpg
Het binnenste van de aarde werkt als een dynamo waarbij het magneetveld ontstaat
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw8.jpg
Convectie in de aarde zorgt voor het transport van (warmte) energie van binnen naar buiten
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw9.jpg
Tekening van een mMid-oceanische rug
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw10.png
Model van de mMantel van de aarde en het convectie-mechanisme
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw11.gif
Mantelpluimen model

b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw12.gif
Hot-spots 3-D model. Als de aardkorst over een hotspot trekt ontstaat een 'spoor' van vulkanen, zoals bij Hawaii
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw13.gif
De eilandenreeks bij Hawaii ontstaat door een dieperliggende hot-spot
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw14.gif
Kaart van de plaats van hot-spots en de randen van de aardplaten
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw15.jpg
ESA's Cluster-missie brengt de vorm en dynamica van het aardmagneetveld in beeld
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw16.jpg
De metingen van ESA's GOCE-missie leveren deze geoïde van de aarde op. Het laat zien dat het zwaartekrachtsveld niet gelijkelijk is verdeeld. Dat wijst op dichtheidsverschillen in de aardbol
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw17.jpg
NASA's CHAMP missie voor onderzoek aan het zwaartekrachtsveld van de aarde
b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_aardeinw18.gif
Computersimulatie van het ontwikkelen en fragmenteren van een mantelpluim

b_180_0_3355443_00_images_jubileum50jaar_50jaar_vragen_atmosfeer19.png
Variaties in het aantal zonnevlekken en de Kleine IJstijd



SCROLL TO TOP