Wat zit er in de aarde?

Elmar Veerman ,

Waaruit bestaat het binnenste van de aarde, en hoe weten we dat? Even wat basisfeiten, in zeven vragen.

uit welke lagen bestaat de aarde?

Van buiten naar binnen heb je in grote lijnen de korst, mantel en kern. De korst, die bestaat uit verschillende steensoorten, stelt verrassend weinig voor: onder de oceanen is hij zo’n zes kilometer dik en bij de continenten rond de 30. De mantel vormt het leeuwendeel, wel 85 procent van het volume. Ook die mantel bestaat uit steen, van iets zwaardere soorten, en is te verdelen in de bovenmantel en de ondermantel. En daarbinnen zit de kern, van ijzer met een beetje nikkel, met een kleine 15 procent van het aardvolume ongeveer net zo groot als de planeet Mars. De kern is dan weer te verdelen in een vloeibare buitenkern en een binnenkern, die vast is. Het volume van dat harde binnenste is maar klein: zo’n 4 procent van de kern, dus nog geen procent van de hele aarde. Maar het groeit elke dag.

maar hoe zit het dan met de aardplaten?

Je weet misschien dat de continenten langzaam over het aardoppervlak bewegen - zo snel als je teennagels groeien ongeveer. Dat komt doordat ze op verschillende aardplaten liggen. Er zijn zes grote platen, en nog wat kleinere. Zijn dat dan stukken van de korst? Nee, ze reiken veel dieper. Aardplaten zijn tot honderd kilometer dik, en omvatten dus ook een deel van de mantel. Waar ze botsen, ontstaan gebergten en waar ze uit elkaar drijven, komt vloeibaar geworden gesteente omhoog en heb je vulkanen.

welk deel van de aarde is vloeibaar?

Eindelijk verlost van de hoge druk! Maar dan volgt afkoeling.

Eindelijk verlost van de hoge druk! Maar dan volgt afkoeling.

Veel mensen denken dat de planeet een bal gloeiende lava is, waarop aardplaten drijven. Maar het zit heel anders. Op de buitenkern na bestaat bijna de hele aarde uit vast materiaal! Ook de mantel, waarop de aardplaten rusten, bestaat uit vast gesteente, dat toch langzaam kan bewegen, en beetje zoals gletsjers kunnen stromen. Of zoals silly putty uitvloeit als je het laat liggen. Dat vrijwel de hele aarde uit vaste stof bestaat, komt door de hoge druk die zijn eigen gewicht veroorzaakt. Hoge druk betekent een hoog smeltpunt. Waarom zijn lava en magma (zo noem je lava als het nog in een ondergronds reservoir zit) dan wel vloeibaar? Omdat het hete gesteente dat boven komt, eindelijk verlost is van die druk, maar nog niet meteen van zijn hoge temperatuur. Vlak onder de aardkorst smelt het dus zonder op te warmen.

hoe kan het dat de kern van de aarde vast is, terwijl dat het heetste punt van de hele planeet is?

Alles smelt als het maar warm genoeg wordt, en de uitdrukking is toch ‘onder druk wordt alles vloeibaar’? Die uitdrukking zit er in dit geval naast. Hoe hoger de druk, hoe heter een stof moet zijn om vloeibaar te worden. In het middelpunt van de aarde, is de druk enorm: 3,5 miljoen atmosfeer ongeveer. Die druk verhoogt het smeltpunt van ijzer tot boven 6000 graden Celsius, de temperatuur die daar heerst. En dus is de aardkern van keihard ijzer. Iets verder naar buiten is de druk genoeg verlaagd, maar de temperatuur nog hoog genoeg voor vloeibaar ijzer. Die harde binnenkern was er niet altijd; miljarden jaren geleden was het binnenste van de aarde nóg heter, en toen moet de hele kern vloeibaar geweest zijn. De dikte van de harde pit in de aarde neemt nu met ongeveer een millimeter per jaar toe.

waarom is het zo prettig dat de buitenkern van de aarde vloeibaar is?

Noorderlicht is te danken aan het stromende ijzer in de buitenkern van de aarde.

Het ijzer van de buitenkern, dat tussen de 2900 en 5100 km onder je voeten langzaam stroomt, wekt door zijn beweging een magnetisch veld op. Dat zorgt niet alleen dat je kompasnaald naar het noorden wijst, maar ook dat de zonnewind wordt afgebogen. Zonnewind? Dat is een constante stroom geladen deeltjes, die bepaald ongezond is. Zonder vloeibaar ijzer, dus zonder magneetveld, zou het aardoppervlak eraan blootstaan. Dat zou de atmosfeer wegblazen en leven nagenoeg onmogelijk maken.

hoe snel koelt de aarde af?

Heel langzaam, want de hitte moet door duizenden kilometers dikke isolatielagen heen. De vaste binnenkern wordt ongeveer een millimeter paar jaar dikker, doordat hij afkoelt. In totaal verliest de planeet voortdurend ongeveer 43 terawatt aan warmte. Dat klinkt als iets enorms, en het ís ook ruim twee keer zo veel energie als de hele mensheid verbruikt, maar het valt in het niet bij de 173.000 terawatt aan inkomende zonnestraling. De afkoeling is al 4,5 miljard jaar bezig en het gaat nog wel een paar miljard jaar duren voor we er last van kunnen krijgen. Tegen die tijd is de expansie van de verouderde zon een groter probleem.

hoe weten we dat de binnenkern van de aarde vast is?

Het idee dat de aarde een vloeibare kern van ijzer heeft, dateert al van 1906. De Deense seismologe Inge Lehman (lees hier een Engelstalig artikel over haar werk) zag een echo in de seismogrammen, en bedacht in 1936 dat er in die vloeibare kern iets vasts moest zitten. Arwen Deuss bewees zestig jaar later pas dat dat klopte. Zeer zware, maar diepe aardbevingen waren daarbij cruciaal. Met name een beving onder de Flores Zee in 1996, ruim 600 kilometer diep. Dieper kan niet, want daar wordt het gesteente zo heet dat het niet meer kan breken, maar langzaam vervormt, hoewel het niet vloeibaar is.