geologie

Reis naar de kern van de aarde, en andere hemellichamen

Laat een reactie achter / Ideeën / Door / 5 maart 2021

Hoe zou het zijn om een reis naar de kern van de aarde te maken? Vergeet onzin als de speelfilm Core. De druk op grotere diepten is extreem hoog: gigapascals en meer, dus duizenden atmosfeer. [1] Het meest hittebestendige materiaal, hafniumcarbonitride, kan de temperatuur aan, zij het met moeite[2]. In het echt kunnen we dus nog niet een vaartuig bouwen, waarmee we door het gesmolten binnenste van onze planeet kunnen reizen. In onze fantasie kan dat gelukkig al wel.

Als voorproefje een snelle tear down van elk belangrijk hemellichaam in het zonnestelsel. Om te beginnen met het centrale punt van het zonnestelsel: de zon. Ook Mercurius en andere planeten komen aan de beurt.

All the Planets from Inside in 3D

Hoe zou de aarde er op honderd kilometer diepte uit zien? Op duizend kilometer? En in de gloeiendhete metalen bol, die de kern van de aarde vormt? In deze documentaire van National Geographic maken we een reis van anderhalf uur lang naar het binnenste deel van de aarde: de withete binnenkern.

Down To The Earth's Core HD)

Reis naar de kern van de aarde – belangrijker dan het lijkt

Langzamerhand stolt de binnenkern, waardoor de vloeibare buitenkern steeds dunner wordt. Dat is slecht nieuws. De stromingen in de buitenkern worden daardoor steeds zwakker, en hiermee het aardse magneetveld. Dit gaat een probleem worden ongeveer een miljard jaar na nu. Want zonder magneetveld maken zonnevlammen korte metten met onze lucht en water. Maar gelukkig is een miljard jaar een lange tijd. We hebben dus nog wel even de tijd om een oplossing te vinden voor dit probleem.

Opvallend is de dunne korst. Een reis naar de kern van de aarde stopt dus in werkelijkheid al snel. Toch speelt ons leven zich af op en in dit dunne laagje. Bron: Kelvinsong - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23966175
Opvallend is de dunne korst. Een reis naar de kern van de aarde stopt dus in werkelijkheid al snel. Toch speelt ons leven zich af op en in dit dunne laagje. Bron: Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23966175

Bronnen

  1. Emily Sarafian at al., Experimental constraints on the damp peridotite solidus and oceanic mantle potential temperature, Science, 2017, Vol. 355, Issue 6328, pp. 942-945, DOI: 10.1126/science.aaj2165
  2. V.S. Buinevich et al., Fabrication of ultra-high-temperature nonstoichiometric hafnium carbonitride via combustion synthesis and spark plasma sintering, Ceramics International, 2020
Pangea, met de lokatie van bekende staten nu. Bron: Massimo Pietrobon/Wikimedia Commons

Pangea, toen de aarde één land was

Laat een reactie achter / Ideeën / Door / 4 februari 2021

Lang geleden, toen er nog merkwaardige reptielen met grote kammen op hun rug rondscharrelden, was er maar één supercontinent. Pangea. Hoe zag Pangea er uit en zal er in de toekomst weer een supercontinent ontstaan?

Hoe zou de aarde er uit zien als plotseling alle continenten terug zouden keren naar Pangea?

Voor ons, inwoners van de Lage Landen, zou de wereld van Pangea er heel anders uitzien. We worden wakker en het is plotseling erg warm. Geen wonder, de Lage Landen liggen nu in de tropen. Wij komen er nog genadig vanaf. De Chinezen in het voormalige zuiden van dit land krijgen te maken met guur poolweer. Wil je als Marokkaan naar Usa? Geen probleem, pak je fiets of ga lopen. Het Amerikaanse continent is nu een buurland geworden. De rest van Afrika heeft meer pech. De enorme aaneengesloten landmassa vormt een grote woestijn. Waarschijnlijk zullen behalve de Chinezen, ook de Afrikanen willen verhuizen.

Naar Antarctica, bijvoorbeeld. Dit voormalige poolcontinent ligt nu op een gematigde breedtegraad. Eén groep zou erg blij zijn. De Tibetanen. Hun voormalige overheersers, de Chinezen, liggen nu plotseling aan de andere kant van de wereld. Ook de Iraniërs hebben nu een probleem. De twee helften van hun land liggen op verschillende halfronden.

Pangea, met de lokatie van bekende staten nu. Bron: Massimo Pietrobon/Wikimedia Commons
Pangea, met de lokatie van bekende staten nu. Bron: Massimo Pietrobon/Wikimedia Commons

Niet iedereen is het overigens eens met deze indeling. Toch geeft het een aardige indruk, maar vooral ruwe indruk. In werkelijkheid was Pangea grotendeels onbewoonbare woestijn. Geen wonder dus, dat amfibieën zich onder deze barre omstandigheden ontwikkelden tot reptielen. Deze konden met hun waterdichte eieren makkelijker overleven in het droge klimaat.

Walking with Monsters - Dimetrodon Chase

Volgens onderstaande, meer recente data zouden landen als Turkije, Iran en Tibet, alsmede het grootste deel van het Arabisch schiereiland onder water hebben gelegen. De Lage Landen lagen onder water, of aan de oostkust. Ook zou Zuid-China juist in de tropen hebben gelegen.

Ook in de verre toekomst zal er, mogelijk, weer een supercontinent ontstaan, door geologen alvast Pangea Ultima gedoopt.

Future Plate Motions & Pangea Proxima - Scotese Animation
De Chinezen kenden al bijna 2000 jaar een primitieve aardbevingsdetector, omstreeks het begin van de jaartelling uitgevonden door hofastronoom Zhang Heng. Copyright: University of Maine/Marilyn Shea

De tikkende Cascadia tijdbom onder Californië

Laat een reactie achter / Analyses, Geopolitiek, Ideeën, Wereld, Wetenschap / Door / 4 augustus 2015

Vergeet de San Andreas-breuk. Volgens seismologen is er een veel gevaarlijker breuk actief onder het noordelijk deel van Californië, Washington en Oregon: de Cascadia breukzone. Zal een Richter 9-klasse aardbeving de Amerikaanse westkust verwoesten, zoals eerder in Japan?

Onderduikende plaat zorgt voor enorme aardbevingen
Aardbevingen ontstaan door langs elkaar heen schuivende aardplaten. Californië ligt op de plaats waar twee aardschollen langs elkaar wrijven: de Noord-Amerikaanse continentale plaat en de restanten  van de in de tijd van de dino’s enorme Farallon-schol, die nu bijna geheel weggedrukt is tussen de Pacifische plaat en de Noord-Amerikaanse plaat. Extra vervelend is dat het dichtstbevolkte deel van Californië nu net het deel is, waar de Farallon-schol wordt weggedrukt: de San Andreasbreuk.

De Chinezen kenden al bijna 2000 jaar een primitieve aardbevingsdetector, omstreeks het begin van de jaartelling uitgevonden door hofastronoom Zhang Heng. Copyright: University of Maine/Marilyn Shea
De Chinezen kenden al bijna 2000 jaar een primitieve aardbevingsdetector, omstreeks het begin van de jaartelling uitgevonden door hofastronoom Zhang Heng. Copyright: University of Maine/Marilyn Shea

De allesverwoestende aardbeving van 1700
De noordelijker gelegen staten Washington en Oregon lijken stabieler dan Californië. Hier doen zich zelfs geen kleine aardaschokken voor. Schijn bedriegt hier: in feite is deze aardbevingsszone zzelfs nog erger dan in zuid-Californie. Archeologen vonden bewijs van een vernietigende aardbeving met een grootte van rond de 9 op de schaal van Richter in de periode voor de Europese kolonisatie, rond 1700 AD. Ook de inheemse volken die in die tijd in het gebied woonden, vertelden verhalen over een vernietigende aardbeving enkele generaties geleden.  Het Pachena Baai-volk werd tot de laatste mens uitgeroeid door een enorme tsunami.

Japanse historici uit de Tokugawa-tijd beschreven een ‘orphan tsunami‘, dat wil zeggen een tsunami zonder bijbehorende aardbeving, die op een winterdag in het jaar 1700 toesloeg over de gehele Japanse oostkust en een spoor van vernielingen aanrichtte. De Amerikaanse westkust ligt meer dan tienduizend kilometer van de Japanse kusten, waardoor deze aardbeving met de primitieve apparatuur uit die tijd (zie foto) niet waarneembaar was.

Onderzoekers verwachten een zware aardbeving met bijbehorende tsunami aan de westkust van de VS. Bron: BBC Magazine
Onderzoekers verwachten een zware aardbeving met bijbehorende tsunami aan de westkust van de VS. Bron: BBC Magazine

Deze aardbeving was, zo kunnen we uit overblijfselen opmaken, enorm. Grote stukken kustbos verdwenen onder water. Nu zijn deze nog te zien als “spookbossen”. Een groot deel van de kustbewoners kwam om, complete dorpen werden van de aardbodem weggevaagd. Ook in Japan veroorzaakte de tsunami, die op kwam zetten uit het niets, duizenden doden. Elk jaar verdwijnt ongeveer zes centimeter van het Juan de Fuca-plaatfragment onder de Noordamerikaanse schol. Deze wordt steeds verder naar het oosten weggedrukt. Tot de druk te hoog wordt. Dit leidt gemiddeld elke driehonderd tot vijfhonderd jaar tot een catastrofale aardbeving, waarbij de Noordamerikaanse aardschol tientallen meters terugveert en meer dan een meter inzakt. Hierdoor ontstaat een enorme tsunami, die de Amerikaanse westkust, en Japanse oostkust zal teisteren.

Dit proces herhaalt zich elke paar honderd jaar. Zo zijn er ook in boomringen van door de aardbeving getroffen bomen, aanwijzingen voor eerdere aardbevingen rond 1310, 810, 400 etc. gevonden.

Hoe groot is de kans op een aardbeving nu?
De spanningen in de aardkorst hopen zich voortdurend op. Een aardbeving is een ontlading van die spanning, waarbij de aardkorst in een paar seconden tot enkele meters opschuift. Seismologen denken dat de spanning in de Cascadia breukzone nu zo hoog is, dat er 37 procent kans is op een aardbeving tussen nu en vijftig jaar in de toekomst. Dit zou rampzalige gevolgen hebben voor de miljoenenstad Vancouver en andere kuststeden in de buurt van deze aardbevingszone. Naar schatting zouden er zeker meer dan tienduizend doden vallen, met miljoenen verwoeste huizen, wat het de vernietigendste natuurramp ooit in Noord-Amerika zou maken.

Op Rosetta blijkt veel meer deuterium voor te komen dan op aarde, het gemiddelde Kuiperobject of de planetoïden. Bron: ESA/K. Altwegg

‘Aards water niet van kometen afkomstig’

Laat een reactie achter / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 15 december 2014

De samenstelling van het bevroren water van het doel van de Rosetta-missie, komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, verschilt sterk met die van het water op aarde. Waar komt het aardse oceaanwater dan wel vandaan?

Meer deuterium in kometenwater
Het waterstof in water bestaat vrijwel geheel uit protium. Dat is de eenvoudigste en lichtste waterstofvariant, waarbij een elektron om een proton hangt. Een kleine fractie van het waterstof in zeewater bestaat uit deuterium, ‘zwaar water’, een waterstofvariant waarbij het proton er nog een neutron bijkrijgt. Van alle waterstofatomen op aarde is ongeveer 0,015 procent deuterium. Gelukkig komt het radioactieve tritium, met twee neutronen extra, zeer zelden voor, behalve in de buurt van lekkende Franse kweekcentrales.
In komeet 67P komt drie keer meer deuterium voor dan op aarde[1]. Een opmerkelijke ontdekking. Aards water lijkt het meeste op water dat in meteorieten en in de planetoïdengordel wordt aangetroffen, alsmede in de Trojanen van Jupiter: een zwerm ruimtepuin die in de Lagrangepunten van Jupiter, op ongeveer een zesde omloopbaan voor en achter de reuzenplaneet, hangt. 67P komt oorspronkelijk uit de Kuipergordel. Klaarblijkelijk bevatten de Oortwolk en de Kuipergordel, die zich buiten de baan van Neptunus uitstrekken, materiaal met een heel andere oorsprong dan de planetoïdengordel.
Ook blijkt de Kuipergordel niet homogeen: komeet 103P/Hartley-2, die ook uit de Kuipergordel afkomstig is, bleek juist uit water te bestaan dat exact evenveel deuterium bevat als aards water. 67P lijkt qua deuteriumgehalte juist meer op materiaal uit de Oortwolk, zie plaatje. Vermoedelijk vindt er uitwisseling van materiaal tussen de Kuipergordel en de Oortwolk plaats.
Het is ook niet een makkelijk te verklaren ontdekking. Deuterium is zwaar, waardoor het minder makkelijk weglekt dan protium. Planeten  waar veel water is verdwenen, zoals Mars en vooral Venus bevatten daarom een veel hoger percentage deuterium dan de aarde. Je zou daarom verwachten dat waterstof uit verafgelegen bronnen, zoals de ijzige Kuipergordel en Oortwolk,  veel minder deuterium zou moeten bevatten dan de aarde. Het tegendeel blijkt dus het geval.

Op Rosetta blijkt veel meer deuterium voor te komen dan op aarde, het gemiddelde Kuiperobject of de planetoïden. Bron: ESA/K. Altwegg
Op Rosetta blijkt veel meer deuterium voor te komen dan op aarde, het gemiddelde Kuiperobject of de planetoïden. Bron: ESA/K. Altwegg. Klik voor een vergroting.

Waar komt het aardse water dan wel vandaan?
Het aardse gesteente bevat van nature redelijk veel water, maar het oorspronkelijke oppervlaktewater is volgens de gangbare geofysische theorieën na het ontstaan van de aarde verdampt.
Sommige onderzoekers vermoeden dat de aarde toch ijskappen gehouden heeft en dat deze voldoende groot waren om de aarde opnieuw te benatten.
De meeste onderzoekers denken dat de aardse watervoorraad via een andere bron weer aangevuld moet zijn. Een mogelijke bron is gesteente: de aardse korst en mantel bevatten naar schatting twee tot drie maal zoveel water als de oceanen [2].
Er zullen meerdere inslagen van grote waterrijke asteroïden vanuit de asteroïdengodel plaats hebben gevonden. Van de Chicxulub-asteroïde, die de dino’s wegvaagde, wordt ondertussen vermoed dat deze afkomstig was uit de asteroïdengordel. Dit is dus op zich een logische bron. Mogelijk heeft de aarde ook materiaal van Venus ingevangen, toen deze planeet langzaam door de zon droog werd gekookt.

Bronnen
1. K. Altwegg et al., 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio, Science, 2014
2. D.G. Pearson et al., Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond, Nature, 2014

Video: 650 miljoen jaar in 2 minuten

1 reactie / Wereld, Wetenschap / Door / 20 december 2013

In deze animatie maak je een reis van het begin van het Cambrium, 650 miljoen jaar geleden, naar de tegenwoordige tijd. Zie hoe continenten aan de zwerf gaan en kriskras over de aarde reizen in hun eindeloze dans. Aan het begin van deze film ontstonden de eerste meercellige wezens (als je de precambriasche Ediacara fauna, die volgens sommigen uit uit de kluiten gewassen eencelligen bestaat, niet meerekent). Aan het einde teisteren agressieve tweevoeters met hun geavanceerde technologie de aarde.

650 Million Years in under 2 minutes

Ook dingen die in onze tijd stil lijken te staan, bewegen in geologische tijd. Twee centimeter per jaar, de snelheid waarmee Europa en Amerika uit elkaar drijven, komt overeen met twintig kilometer in een miljoen jaar.  Veranderingen die per jaar klein lijken, zijn op geologische tijdschaal enorm. Dat geldt ook voor kleine veranderingen in het dagelijkse leven. Op grotere tijdschalen bekeken, kan een gestage voortdurende verandering enorme gevolgen hebben.

De Popigai-meteorietkrater. Bron: Wikimedia Commons.

Miljardenvondst aan diamanten in Siberische meteorietkrater

22 reacties / Economie, Geopolitiek, Wereld, Wetenschap / Door / 23 september 2012

Volgens leden van de Russische Academie van Wetenschappen bevinden zich in de Popigai-krater in Oost-Siberië biljoenen karaat aan industriële diamant. Zou dit een ‘nieuw industrieel tijdperk’ in gang zetten, zoals de Russen beweren?

De Popigai-meteorietkrater. Bron: Wikimedia Commons.
De Popigai-meteorietkrater. Bron: Wikimedia Commons.

Een kilo diamant per aardbewoner
Diamanten zijn in feite koolstofkristallen. Anders dan grafiet of steenkool is het kristalrooster van diamant zo solide dat het het hardste materiaal op aarde is, voor zover bekend. In Sovjettijden was reeds bij een kleine groep Sovjetwetenschappers bekend dat de Popigai-meteorietkrater, die 35 miljoen jaar geleden gevormd werd bij de inslag van een kleine asteroïde, enorme voorraden doamant bevatte. Na onderzoek van 0,3 procent van de oppervlakte van de Popigai-krater is reeds 147 miljard karaat diamant ontdekt, wat dus (aangenomen dat de dichtheid in de rest van de krater vergelijkbaar is met deze oppervlakte) neer zou komen op tientallen biljoenen karaat. Een karaat diamant is 0,2 gram, dus zou dit neerkomen op meer dan een kilogram diamant per aardbewoner. Een  veelvoud van de totale reserves aan industriële diamant die nu bekend zijn. Ook is dit type diamant twee keer zo hard als normale diamant.

Vertienvoudiging van wereldwijde diamantreserves
De ontdekking werd in de negentiger jaren gedeclassificeerd. Hierdoor konden geologen hun onderzoek voortzetten en de veranderde economische situatie maakte door asteroïdeinslag ontstane diamanten zeer gewild vanwege hun ongebruikelijke eigenschappen. Volgens Nikolai Pokhilenko van de Russische Academie van Wetenschappen zijn de eerste onderzoeksresultaten voldoende grond om te spreken over een, in zijn woorden, “mogelijke complete omverwerping van de complete wereldmarkt voor diamant”.

De reden: de aangetroffen diamantvoorraden in de Popigaiformatie zijn ongeveer tien keer zo groot als de complete wereldwijd bekende reserves. Ter vergelijking: de enorme Russische deelrepubliek Jakoetië, waar de meteorietkrater gedeeltelijk in ligt, met 3 miljoen vierkante kilometer een gebied groter dan West-Europa, herbergt slechts een miljard karaat diamant.Kortom: dit zou wel eens tot een enorme prijsdaling van industriële diamant kunnen leiden. Volgens wetenschappers is de hoeveelheid hier aangetroffen ruwe diamant voldoende om de wereld voor 3000 jaar van industriële diamant te voorzien. Als deze op grote schaal in de maakindustrie worden toegepast zou dit tot een industriële revolutie kunnen leiden. De reden: de extreme materiaaleigenschappen van diamanten maken het mogelijk met zeer hoge drukken en nauwkeurigheden te werken.

Volgens de Russen hebben veel grote internationale maatschappijen grote interesse in dit materiaal.

Bronnen
ITAR-TASS (2012)
Phys.org (2012)

De mysterieuze 'bessen' die uit een rotswand steken. Bron: NASA

Mysterieuze ‘bosbessen’ aangetroffen op Mars

2 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 15 september 2012

Ook na de landing van NASA’s rover Curiosity blijft voorganger Opportunity nog steeds actief. Na vele jaren actieve dienst ontdekte het wagentje recent nog iets zeer merkwaardigs. Een groep uitstekende rotsen bij de westelijke rand van de Endeavour-krater toonde een dichte groep bolletjes, zo groot als kleine knikkers, die experts voor raadsels stellen.

De mysterieuze 'bessen' die uit een rotswand steken. Bron: NASA
De mysterieuze 'bessen' die uit een rotswand steken. Bron: NASA

Martiaanse bosbessen?
De NASA-wetenschappers die de Opportunity begeleidden dachten eerst aan zogeheten  Martiaanse bosbessen. Deze ijzerrijke bollen, die al in 2004 op de landingsplaats van de rover werden ontdekt, werden vermoedelijk miljarde jaren geleden gevormd toen de Rode Planeet nog warm genoeg was om vloeibaar water op het oppervlak mogelijk te maken.

Op sommige plaatsen sijpelden mineralen mee met het water en hoopten zich op op toen het water verdampte, waarbij de harde overblijfselen achterbleven. Winderosie legde uiteindelijk de harde bolletjes bloot. Vergelijkbare bolletjes zijn bekend uit aardse woestijngebieden, zoals in zandsteen in het zuidwesten van de VS. Volgens sommige wetenschappers zouden deze wel eens sporen van microbieel leven op Mars kunnen bevatten. De bolletjes op aarde bevatten namelijk meer organische moleculen in de verharde buitenkant dan in de zachtere binnenkant. Dit zou ook wel eens op Mars het geval kunnen zijn, aldus sommige geologen.

Raadselachtige, onbekende soort
Nader onderzoek met de röntgenspectrometer van Opportunity leverde  echter een verrassing op. De bolletjes bleken iets heel anders te zijn dan de eerder aangetroffen ‘bosbessen’. Zo bevatten deze bolletjes van ongeveer 3 mm doorsnede veel minder ijzer. Ze liggen ook veel dichter bij elkaar dan de eerder aangetroffen bolletjes en zijn ook fragieler: bros aan de buitenkant en zacht aan de binnenkant. Deze ‘bosbessen’ verschillen van de eerder aangetroffen bolletjes op vier verschillende manieren: samenstelling, verspreiding, structuur en concentratie. Kortom: weer een nieuwe geologische puzzel die mogelijk een cruciale aanwijzing kan opleveren voor het bestaan van leven op Mars.

De ondertussen bejaarde Opportunity functioneert nog steeds prima en het team begeleidende NASA-onderzoekers zal de komende weken dan ook besteden aan verder onderzoek van dit raadselachtige fenomeen.

Bron:
NASA

Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)

Aardbevingen te voorspellen door gevoeligheid getijden

7 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 20 mei 2012

Breukzones die op het punt staan een aardbeving te ondergaan blijken veel gevoeliger te worden voor getijde-effecten. Hebben we nu eindelijk een geschikte methode in handen om te voorspellen wanneer zich ergens een zware aardbeving voor zal doen?

Aardbevingen nog steeds niet te voorspellen
Aardbevingen, vooral als ze ook een tsunami opwekken, behoren tot de meest verwoestnde natuurrampen die we kennen. Honderdduizenden doden zijn bij een zeer zware aardbeving met tsunami niet uitzonderlijk. Ook kost het doorgaans jaren om de verwoeste kustgebieden te herstellen. Het zou veel mensenlevens en schade schelen als we jaren of maanden van tevoren zouden weten waar zich een zware aardbeving gaat voordoen. je zou dan bijvoorbeld kunnen denken aan evacuatie of mangrovebossen aanplanten (of andere kustverdediging) om de tsunami af te zwakken.

Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)
Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)

Getijden veroorzaken veel meer kleine aardschokken voor grote beving
Wat dat betreft is er nu een interessante ontwikkeling. Seismologe Sachiko Tanaka van het National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention in Tsukuba, Japan, stelt dat als de spanningen zich opbouwen in de aardkorst, deze eerder kleine aardbevingen vertoont als gevolg van getijden. Dit is volgens haar dus een teken dan een grote, zware aardbeving in het verschiet ligt. Al meer dan tien jaar werk ze aan haar theorie en de tragische aardbeving in 2011, die door de ontstane tsunami de kernramp in Fukushima veroorzaakte, leverde de uiteindelijke bevestiging. Door getijden opgewekte aardschokken kwamen zeer veel voor aan de noord-oostkust van Honshu (het hoofdeiland van Japan) in de jaren voordat de verwoestende aardbeving van 2011 zich voordeed. Collega’s zijn onder de indruk van de gedegenheid van haar werk.

Tien jaar van tevoren
Bij hoogtij hoopt zich meer water op boven geologische breukzones, waardoor de spanning op het gesteente toeneemt. Als de breukzone al op het punt van breken staat, kan dit effect kleine schokken veroorzaken.
Tanaka vergeleek waarnemingen van getijden en onderzeese aardschokken vanaf 1976 tot 2011 voor de 100 000 vierkante kilometer die het epicentrum van de aardbeving van 2011 (officieel: de Tohoku-Oki aardbeving) omringt. In de eerste 25 jaar was geen spoor waar te nemen van door getijden opgewekte aardbevingen, maar na het jaar 2000 nam het aantal getijde-aardbevingen geleidelijk toe. De piek werd bereikt net voor de verwoestende aardschok van 2011. Daarna verdween het effect weer. Kortom: gedurende een decennium voor de aardbeving hoopt zich de spanning op. Eerder onderzoek van haar had reeds een vergelijkbaar verschijnsel aangetroffen in de aanloop tot de drie recente zware aardschokken bij Sumatra, waaronder de aardschok van 2004 die de dodelijke Tweede Kerstdag-tsunami veroorzaakte. Ook hier liep het aantal getijdesschokken geleidelijk op.

Eindelijk hoop op voorspellen aardbevingen
Deze ontdekking is uniek. Ondanks decennia onderzoek kunnen seismologen nog steeds niet betrouwbaar aardschokken voorspellen. Collega’s noemen Tanaka’s ontdekking veelbelovend, maar zijn nog sceptisch, omdat Tanaka nog steeds geen aardbeving betrouwbaar heeft voorspeld. Ze heeft alleen achteraf vastgesteld dat het verschijnsel zich voordeed. Tanaka wil daarom nu proberen aardschokken te voorspellen. Ze is van plan, getijde-effecten op aardbevingen in de subductiezones onder Noord-Oost Japan en Sumatra te registreren. Waarschijnlijk is ze daarmee de enige Japanner die een heel klein beetje blij zal zijn met een nieuwe aardbeving.

Bron
Sachiko Tanaka, Tidal triggering of earthquakes prior to the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.1), Geophysical Research Letters(2012), DOI: 10.1029/2012GL051179).

Koper, een halfedelmetaal, komt heel af en toe als zuiver metaal voor, zoals hier.

Aarde houdt kopervoorraad diep onder de grond

3 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 8 april 2012

Koper is één van de elementen met de laagste bindingsenergie per nucleon, dus is energetisch erg voordelig. Er zou dus behoorlijk wat van moeten zijn. Toch wordt het metaal steeds schaarser. De reden: de aarde houdt koperafzettingen vast op tientallen kilometers diepte.

Koper zeer schaars
De continentale korst van de aarde is zeer koperarm. Al miljarden jaren. De gevolgen zijn erg vervelend. Volgens schattingen zal over zes jaar de wereldvraag naar koper het aanbod overtreffen. Door dit onderzoek weten we nu in ieder geval waar we nieuwe kopervoorraden kunnen vinden. Opmerkelijk genoeg was het team helemaal niet op zoek naar het gedrag van koper, maar wilde weten hoe zich de continentale platen vormden (waar zo ongeveer alle land, enkele vulkanische eilanden uitgezonderd, op ligt) en de oxidatiestaat van vulkanen. Een hypothese is namelijk dat de aarde in het begin van haar bestaan nauwelijks continenten had en dat de opmars van continenten begon toen de aarde miljarden jaren geleden een zuurstofatmosfeer kreeg.

Koper, een halfedelmetaal, komt heel af en toe als zuiver metaal voor, zoals hier.
Koper, een halfedelmetaal, komt heel af en toe als zuiver metaal voor, zoals hier.

Boogmagma
In hun zoektocht naar antwoorden stuitten ze op boogmagma’s, die een essentiële rol spelen in het recyclen van continentale platen en oceanische platen. Als de ene plaat onder de andere wordt gedrukt, gebeuren er twee dingen. De smeltende, zakkende plaat brengt zuurstofrijke korst en sedimenten in de mantel: de bron voor de boogmagma. Tegelijkertijd ontstaat een hete magmastroom omhoog die de zakkende plaat doet smelten en vaak boogvulkanen oplevert: de lichte, hete magma brandt zich dan een weg door de bovenliggende korst en vormen zo nieuwe continentale plaat. Deze plaat bevat veel vluchtige stoffen zoals water en kooldioxide.  Dit is ook een logische bron voor de zuurstof, meenden de onderzoekers. Ze stuitten echter op iets heel anders.

Xenolieten
Xenolieten zijn gesteenten die zich heel diep in de aarde vormen en tijdens vulkanische uitbarstingen naar boven komen. Als magma afkoelt vormen zich doorgaans als eerste, 50 km onder de aardoppervlakte, zwavelrijke pyroxeniet xenoliet. In plaats van zuurstof vonden ze echter sulfiden, zwavelatomen gebonden aan metalen als koper, nikkel en ijzer. Chemisch gezien is zwavel het zwaardere neefje van zuurstof en in een zuurstofrijke omgeving kunnen deze niet gevormd worden (er ontstaan dan sulfaten, waar ook zuurstof deel van uitmaakt).

Zinkend kopererts
Sulfides zijn zwaar en dicht en hebben daarom de neiging omlaag te zinken. Kortom: de aarde is rijk aan koper, maar dan wel op een onbereikbare plaats, tientallen kilometers in de diepte. We weten dat er in ieder geval op enkele plekken in de wereld koperafzettingen zijn. Klaarblijkelijk bestaan er bijzondere omstandigheden waardoor koper toch naar boven komt. De oorzaak is volgens het team dat als zich steeds meer koperrijk gesteente ophoopt, het verder de diepte inzakt, waar het wordt verhit en dan weer deel gaat uitmaken van de magmaboog. Metalen als koper en goud worden uit de gesteentematrix gedrukt en lossen op in de volatielen. Als deze vluchtige bestanddelen zich door breuken in het gesteente persen en uiteindelijk verdampen, blijven koper en goud achter.

Deze condities deden zich voor in de Andes en het westen van Noord-Amerika, inderdaad rijke bronnen van kopererts. Andere mogelijkebronnen van onontdekte koperafzettingen zijn volgens de studie Siberië, Noord-China, Mongolië en delen van Australië.

En natuurlijk in asteroïden met een hoog metaalgehalte.

Bron
C.-T. A. Lee, P. Luffi, E. J. Chin, R. Bouchet, R. Dasgupta, D. M. Morton, V. Le Roux, Q.-z. Yin, D. Jin. Copper Systematics in Arc Magmas and Implications for Crust-Mantle Differentiation. Science, 2012; 336 (6077): 64 DOI: 10.1126/science.1217313

Met neutrino’s op olieveldenjacht

1 reactie / Ideeën, Wetenschap / Door / 2 februari 2012

Geofysici willen neutrino’s gebruiken om een “röntgenfoto” van de aarde te maken. In theorie zou je op deze manier nog niet ontdekte olievelden kunnen vinden. Is dit voorstel uitvoerbaar?

Wat zijn neutrino-oscillaties?
Neutrino’s zijn de lastigst waarneembare bekende deeltjes. Ze bewegen met vrijwel, zo niet precies de lichtsnelheid, reageren alleen met materie via de zwakke kernkracht en komen voor in drie ‘smaken’: elektron-, muon- en tauon-neutrino.  Onderweg veranderen neutrino’s ook geregeld van smaak: van muon-neutrino naar elektron-neutrino bijvoorbeeld. Dit verklaarde waarom er op aarde minder zonneneutrino’s werden waargenomen dan verwacht: hun smaak bleek veranderd, zo werd ontdekt in 2001.

Natuurkundigen begrijpen neutrino-oscillaties nu iets minder slecht. Zo wordt het effect beïnvloed door de afstand die de neutrino’s af hebben gelegd en door de hoeveelheid materie waar de deeltjes doorheen zijn gereisd.

“Röntgenfoto” van de planeet
Dit laatste inspireerde Carlos Arguelles en zijn collega’s van de pauselijke Katholieke Universiteit in Lima, Peru tot een opmerkelijk idee. Zou je neutrino-oscillaties niet kunnen gebruiken om veranderingen in de dichtheid van de aarde vast te stellen? Een verandering in dichtheid zou betekenen dat ook het percentage neutrino’s dat oscilleert in een andere soort, verandert.

Volgens de onderzoekers zou het mogelijk moeten zijn om holtes gevuld met water van 200 km doorsnede of meer, ijzerrijke mineralen of zelfs gebieden met sterke elektrische ladingen op te sporen. Dit na een experiment van drie maanden.  Erg interessant, omdat volgens seismologen aardbevingen samenhangen met de ophoping van elektrische ladingen in de aardkorst. De meest lucratieve toepassing is echter het vinden van olievelden en gesteenten die waarschijnlijk olie bevatten.  Een kleine proefboring kost al een slordige miljoen, dus de commerciële interesse in deze techniek zal enorm zijn.

Gevraagd: arsenaal atoombommen of vijf Eemscentrales
Er is helaas een probleem. Neutrino’s reageren nauwelijks met andere materie, dus er moeten enorme hoeveelheden neutrino’s worden aangemaakt om enkele waar te kunnen nemen. Met een zwakkere bundel zal je duizenden jaren moeten wachten tot er een zinnig resultaat uit komt. Arguelle en zijn mede-auteurs nemen daarom aan, dat het op een dag mogelijk zal zijn een vijfduizend maal sterkere neutrinobundel te produceren dan op dit moment technisch haalbaar is. Een gevaarlijke aanname. Immers, neutrino’s komen vrij bij kernreacties. Een bekende techniek is protonen met hoge snelheid op een scherm materie af te schieten, waarbij instabiele pionen en kaonen vrijkomen. Door deze geladen deeltjes te richten,  kan een neutrinobundel worden geproduceerd: als deze deeltjes uiteenvallen vliegen de neutrino’s in de bewegingsrichting.

Om dit te laten werken zou de protonenbundel vijfduizend maal sterker moeten worden dan de meest intensieve neutrinobron nu bekend. Om een indruk te geven: de sterkste protonenbundels hebben nu een intensiteit van 1-4 MW (uiteraard is een veelvoud aan vermogen nodig om dit te bereiken). In een uur gaat deze bundel er meer energie doorheen dan een Nederlands huishouden in drie maanden verbruikt. Dat maal vijfduizend, gedurende anderhalf jaar. Dat komt neer op rond de vijf Eemscentrales vol in bedrijf, let wel, voor één meting.
Een ander alternatief is natuurlijk een serie atoombommen te laten ontploffen, een voorstel dat in de vijftiger jaren serieus is overwogen, maar gelukkig toch maar niet uit is gevoerd. Kortom: olie is vast erg nuttig spul, waard om complete landen voor naar de steentijd te bombarderen, maar misschien is het toch slimmer om een alternatief te vinden.

Bron:
Carlos Arguelles et al., Searching For Cavities Of Various Densities In The Earth’s Crust With A Low-Energy ν¯e β-Beam, ArXiv (2012)
How Neutrino Beams could reveal cvavities inside earth, Arxiv Blog (Technology Review) (2012)