Seismische golven lijken langzamer door het westelijk halfrond van de binnenste aardkern te reizen dan door het oostelijk halfrond. Twee Roemenen denken nu te weten waarom.
De zaak van de vertraagde seismische golven
De binnenkern van de aarde is een massief ijzeren bal van rond de 2400 km doorsnede. Deze wordt omringd door een vloeibare buitenkern die bestaat uit een mengsel van ijzer en nikkel. De laatste jaren merkten geologen die seismische golven bestudeerden wat vreemds: golven die door het oostelijk halfrond reizen bewegen sneller dan golven die door het westelijk halfrond reizen. Dit is lastig om te verklaren.
Zou de binnenste aardkern (de witte bol in het centrum) uit het lood liggen?
Huidige theorie nogal gekunsteld
De beste poging tot nu toe is de aanname dat er een verschil in samenstelling is tussen de oostelijke en westelijke helft van de aardkern. Wellicht groeien ijzerkristallen met een verschillende snelheid in ieder halfrond, waardoor er een verschil in dichtheid is en daardoor in voortplantingssnelheid van golven. Er kan ook een temperatuursverschil zijn (ook dit zorgt voor veranderingen in geluidssnelheid), maar die moet weer verklaard worden met nog een aanname: wellicht draaien binnenkern en buitenkern met verschillende snelheden, wat een verschil in temperatuur zou handhaven. Kortom: een eersteklas slachtoffer voor Occam’s scheermes.
Wat als de binnenkern domweg oneven verdeeld is?
De nieuwe theorie van Calin Vamos van het T. Popoviciu Institute of Numerical Analysis in Roemenië en Nicolae Suciu van de Friedrich-Alexander Universität van Erlangen-Neurenberg in Duitsland is aanmerkelijk simpeler en eleganter. Volgens hen is er geen verschil in seismische snelheid tussen het oostelijk en westelijk halfrond. De verklaring volgens hen: de aardse binnenkern ligt enkele tientallen kilometers richting het oosten, waardoor de oostelijke helft dichter bij het aardoppervlak ligt dan de westelijke helft. Daardoor zijn seismische golven korter onderweg. Vamos en Siciu hebben een numerieke analyse van de tijdmetingen door een niet-centrale kern uitgevoerd om te laten zien dat deze overeenkomen met de data.
Aanvullend bewijs nodig
Hoewel deze hypothese een elegante oplossing is voor het probleem van de seismische snelheden, heeft dit natuurlijk de nodige gevolgen voor de andere eigenschappen van de aardkern. Zo zullen de magnetische eigenschappen en ook temperatuursverdeling en de mechanische verdeling anders worden. Dit zal doorgerekend moeten worden. Collega’s houden dus nog een slag om de arm.
Uit metingen blijkt dat er maar liefst zo’n 44 terawatt aan warmte in de aarde wordt geproduceerd, 2,5 maal zoveel als alle mensen samen gebruiken. En dat is maar goed ook, want dankzij die warmte is er vulkanisme en is de aarde geen dode planeet zoals Mars. Maar waar komt deze warmte vandaan? Ongeveer de helft is namelijk niet te verklaren uit de gangbare bronnen.
De aarde als natuurlijke kerncentrale
De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.
Volgens de gangbare theorieën wordt de aarde warm gehouden door het radioactieve verval van elementen als uranium, thorium (beide zijn in alle vormen radioactief) en de radioactieve kaliumsoort kalium-40. Er is alleen een probleem. Dieper dan een kilometer of tien zijn we niet gekomen. Uit gesteenten van vulkanische oorsprong weten we ongeveer hoe de aardmantel er uit ziet, maar de kern is bijna geheel terra incognita.
Gelukkig is er iets dat zonder problemen door duizenden kilometers rots heen kan bewegen. Neutrino’s. Dus besloot een groepje Japanse onderzoekers om op neutrinojacht te gaan met de neutrinodetector Kamioka Liquid-scintillator Antineutrino Detector (KamLAND). Hiermee kunnen antineutrino’s uit de aarde, door de onderzoekers geoneutrino’s genoemd, worden waargenomen.
Onbekende warmtebron
De eerste waarnemingen, uit 2005, bevestigden nauwkeurig wat al gedacht werd over de samenstelling van de radioactieve elementen en hun verdeling in de aarde. Meer dan vijf jaar later is duidelijk dat hun radioactiviteit niet voldoende is om alle warmte te verklaren. Radioactiviteit verklaart ongeveer de helft van alle warmte. Uranium 8 terawatt, thorium ook 8 terawatt en kalium-40 4 terawatt. Overige radioactieve stoffen leveren drie terawatt, samen ongeveer de helft dus. Er moet nog een andere bron van energie zijn die verklaart wat de aarde warm houdt. Voor een deel kan dit door afkoeling komen, wat de onderzoeker denken[1], of door andere, nog onbekende processen.
Aardolie wordt geproduceerd door de verhitting van organische resten bij zeer grote hitte, wil de gangbare geologische wijsheid. Het gevolg: alleen op een beperkt aantal plaatsen (namelijk waarvan geologen weten dat daar veel organisch materiaal is gefossiliseerd, zoals voormalige zeebodems) wordt naar aardolie geboord. Nieuw onderzoek spreekt andere taal: naar nu blijkt kan in de aardmantel methaan worden aaneengeregen tot langere koolwaterstofketens. Stikt het op allerlei onbekende plaatsen van de aardolie?
Dinosauruspap
Volgens de gangbare theorie ontstond aardolie als volgt. In de loop van miljoenen jaren dwarrelden allerlei overblijfselen van plankton, eencellige en meercellige microscopische plantjes en diertjes, neer op de zeebodem. Daardoor ontstonden dikke sedimentpakketten met een hoog gehalte aan organische stoffen. Deze raakten op een gegeven moment begraven onder een dikke laag gesteente en belandde op een gebied waar de temperaturen veel hoger zijn. Dat werkte als een natuurlijke kraakinstallatie, waardoor de zuurstofrijke organische stoffen hun zuurstof in de vorm van water afsplitsten en via de stof kerogeen, die door de hitte werd gekraakt, lange ketens koolwaterstoffen produceerde, de zwarte smurrie: aardolie.
Produceert de aarde zelf grote hoeveelheden aardolie? Het is goed mogelijk, blijkt uit nieuw onderzoek.
Abiogenetische vorming van aardolie
De abiogenetische oorsprong van aardolie controversieel te noemen, is vermoedelijk een enorm understatement. Volgens deze theorie, vooral populair in Rusland, vormt zich voortdurend methaan in de aardmantel dat naar boven borrelt. Dit wordt gedeeltelijk geoxideerd, waardoor waterstof wordt onttrokken en -weer – aardolie ontstaat. Uitgesloten, aldus de gevestigde geologie. Een berekening laat echter zien dat aardolie zich wel degelijk in de mantel kan vormen. Ongeveer honderd kilometer onder het aardoppervlak is de druk vijftigduizend atmosfeer en de temperatuur twaalfhonderd graden. Bij deze temperatuur en druk werken diamantjes en metaaloxiden als katalysator om methaan aaneen te rijgen tot langere molecuulketens: aardolie.
Hiermee is niet bewezen dat dit proces ook daadwerkelijk plaatsvindt, maar, zo blijkt, de omstandigheden diep onder de aarde zijn er zeer geschikt voor.
Gevolgen van grote hoeveelheden abiogene olie
Als er zich op allerlei nog niet onderzochte plaatsen op de aardbol aardolie zou bevinden, zou dit de opmars van schone alternatieve energie een zware klap toebrengen en de hoeveelheid milieuvervuiling als gevolg van oliewinning veel groter maken. Een positiever effect zou zijn dat onze afhankelijkheid van dubieuze olieleveranciers als Saoedi-Arabië af zou nemen en dat de catastrofale ineenstorting die sommigen voorzien als de olie uitgeput raakt, uitblijft. We kunnen dan via een zachte landing overstappen op duurzaam. Wel zal de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer ngo harder stijgen. Op dit moment zijn de gevolgen beperkt (en bevordert het gas de plantengroei), bij hogere concentraties zullen de negatieve effecten vermoedelijk overheersend worden.
Mu en Lemurië. Tot voor kort werden verhalen over verzonken continenten (ook door schrijver dezes) afgedaan als sprookjes. Nu zijn geologen daar niet meer zo zeker van. Er bestaan namelijk ondergrondse lavabellen die in staat zijn een stuk zeebodem tijdelijk tot een kilometer op te heffen, blijkt uit nieuw onderzoek…
Onderzeese bomen ten noorden van Schotland
In de Atlantische Oceaan tussen Schotland en de Faeröer Eilanden ontdekten geologen iets dat helemaal niet kon bestaan. Boormonsters van een kilometers diepe boring brachten zeeschelpen naar boven, plotseling gevolgd door overblijfselen van kool, stuifmeel en riviersedimenten, waar bovenop zich weer zeesedimenten vormden. Seismische experimenten lieten duidelijke sporen van rivieren zien. Dit gebeurde niet eenmalige, maar meerdere keren. Toch bestaat de korst uit oceanische bodem, die volgens de gevestigde geologische theorieën helemaal niet naar boven kan komen en staat het gebied bepaald niet bekend wegens haar vulkanisme. Wat was hier aan de hand?
Hot spots Hotspots kennen geologen al langer. Vulkanische eilanden als Hawaii ontstaan omdat op die plaats een hete lavastroom als een snijbrander door de oceanische platen heen smelt. Als de aardplaat vershuift, dooft de vuilkaan uit en ontstaat een archipel van vulkanische eilanden. Zo ligt het grootste Hawaiiaanse eiland, het gelijknamige Hawaii, vlak onder de hotspot die verantwoordelijk is voor de andere eilanden in de archipel, zoals Oahu. Als de oceanische plaat verder opschuift, brandt de hot spot weer een nieuwe toegang naar boven en zakt langzamerhand Hawaii weer in zee. Miljoenen jaren geleden bestond Hawaii-eiland nog niet en was Oahu een grote actieve vulkaan.
Sommige mensen geloven dat er ooit een verzonken continent, Lemurië, is geweest.
Hot blobs
Nieuw is de ontdekking van hot blobs. Deze hete bubbels magma stijgen van het gebied in de buurt van de aardkern op naar boven. Af en toe, zo blijkt, zijn ze in staat een groot stuk zeebodem minstens achthonderd meter omhoog te duwen.
Dat laatste lijkt gebeurd te zijn met het grote verzonken eiland ten noorden van Schotland. Nadat een grote extreem hete magmabel zich op die plek een weg naar boven baande, verhief de zeebodem zich honderden meters. Vogels en winden brachten zaden en er vormden zich rivieren. Als er in die tijd intelligente wezens waren geweest, hadden ze in niets het verschil kunnen zien met land zoals wij dat kennen. Ondertussen breidde de magmabubbel zich in de loop van honderdduizenden jaren met veertig centimeter per jaar uit als een ring en koelde af. Als gevolg hiervan zakte de zeebodem weer in in het centrum en verbreidde de ring zich, tot de laatste overblijfselen als een ringvormige archipel onder water verdwenen. Het hele proces nam rond twee miljoen jaar in beslag. Zie deze animatie.
De onderzoekers denken dat de ontdekte overblijfselen ten noorden van Schotland nog maar het topje van de ijsberg zijn. Waarschijnlijk zijn er veel meer tot nu toe onverklaarbare geologische verschijnselen die waarschijnlijk het gevolg zijn van hot blobs. In ieder geval verklaart dit het merkwaardige rijzen en dalen van Schotland 55 miljoen jaar geleden.
Veroorzaakte de hot blob de extreem hoge temperaturen in het vroege Eoceen?
Enkele miljoenen jaren na het uitsterven van de dino’s schoot de temperatuur op aarde bijna tien graden omhoog. Vlak bij de Noordpool groeiden bossen en zwommen er krokodillen. De algemeen geaccepteerde verklaring voor dit zogeheten Paleoceen-Eoceen Thermale Maximum is dat er enorme hoeveelheden methaanhydraten vrijkwamen. De onderzoekers denken dat de Schotse “hot blob” wel eens de trigger geweest kan zijn die door het oprijzen enorme hoeveelheden methaan vrij deed komen. Was de opwarming eenmaal een feit, dan kwam alle methaan vrij.
Het Pleistoceen, de periode van ijstijden, begon ongeveer twee miljoen jaar geleden. Rond die tijd vond er maar één echt belangrijke geologische verandering plaats: de landbrug tussen Noord- en Zuid-Amerika werd gesloten. Als gevolg hiervan veranderde het patroon van oceaanstromen radicaal. Zo werd de Golfstroom veel sterker en werden de Caraïbische Zee en de Stille Oceaan van elkaar gescheiden. Aan- en uitschakelen van zeestromen zet dus ijstijden in gang. En wat dat betreft is er vervelend nieuws…
De vorming van de landbrug tussen Zuid- en Noord-Amerika betekende uiteindelijk het uitsterven van de schrikvogel.
De landbrug vormt zich
De flora en fauna in Zuid-Amerika week voor tientallen miljoenen jaren (net als die van Australië) sterk af van die van de rest van de wereld. Drie meter grote lopende schrikvogels beheersten het land.
Buideldieren kwamen veel voor en niet voor niets is er een apart florarijk (Neotropis) voor de unieke diersoorten en vegetatie in Zuid-Amerika, denk aan cactusachtigen. Een groot deel van onze landbouwgewassen, denk aan aardappels, maïs, cacao en tomaten, komt uit Neotropis.
Toen, enkele miljoenen jaren geleden, stierven de unieke Zuid-Amerikaanse diersoorten zoals de reuzenluiaard voor een groot deel uit. Ze werden vervangen door de uit Noord-Amerika afkomstige lama’s en alpaca’s.
De reden: de vorming van de landbrug tussen Noord- en Zuid-Amerika. De schrikvogels stierven geheel uit toen Noord-Amerikaanse katachtigen en andere rovers korte metten maakten met hun prooien. Ook met de meeste van deze prooidieren, zoals het reuzengordeldier Glyptodon en bijna alle buideldieren liep het slecht af. De opossum, de Noord-Amerikaanse buidelrat, slaagde er als een van de zeer weinige Zuid-Amerikaanse buideldiersoorten in te overleven en zelfs naar Noord-Amerika over te steken.
Ook veel tropische Zuid-Amerikaanse vogelsoorten, plantensoorten en apen maakten de oversteek. Vandaar dat Mexico en Centraal-Amerika, alhoewel ze geologisch bij Noord-Amerika horen, door de grote overeenkomst in soorten toch bij Neotropis worden gerekend.
De woestijngordel in het zuiden van de Verenigde Staten en het noorden van Mexico vormt een effectieve barrière voor de meeste soorten, waardoor er een duidleijek scheidslijn tussen de holarctische en neotropische flora en fauna bleef bestaan.
Tijdens de laatste ijstijd was het beige gedeelte bedekt met ijs. Het roze gedeelte was onherbergzame toendra, marineblauw is poolwoestijn. Alleen Spanje, Iralië en Griekenland waren leefbaar. Kortom: vergeet die opwarming, een ijstijd is veel vervelender.
Tijdperk van ijstijden
De gevolgen waren groter dan alleen op planten en dieren. Het eerdere circulatiepatroon, waarbij een sterke zeestroom tussen Noord- en Zuid- Amerika vloeide, werd compleet verstoord. Waar eerst de Pacifische Oceaan het water voor de Golfstroom leverde werd dit nu de Caraïbische Zee. Als gevolg hiervan werd deze zeestroming veel zwakker en instabieler. Door de zwakkere toevoer van warm, zout water kon de Noordelijke IJszee dichtvriezen en begon het Pleistoceen, het tijdperk van de ijstijden (geologen noemen het Pleistoceen zelf een ijstijd en de perioden in het Pleistoceen dat er een grote ijskap lag, glacialen). Volgens veel geologen leven we nu in het Holoceen maar in feite is dit onzin. Wat geologen het Holoceen noemen is in feite een interglaciaal (onderbreking van de ijstijd) van het Pleistoceen en we zijn in feite al over tijd…
Tijdens een glaciaal wordt half Europa en een groot deel van Noord-Amerika bedekt met een honderden meters dikke ijslaag. De gletsjers reikten tot Nederland. Een nieuwe ijstijd betekent dat bijna heel Europa, geheel Canada, een groot deel van de VS en China en heel Rusland onbewoonbaar worden. Naar het zuiden kunnen we niet, want ook de Sahara wordt groter. We kunnen er dus maar beter snel achter komen wat glacialen veroorzaakt…
De grote schakelaar
Klimatologen vliegen elkaar nog steeds in de haren over de vraag wat werkelijk glacialen veroorzaakt. Iets moet er voor zorgen dat een groot deel van het noordelijk halfrond gedurende vele tienduizenden jaren bedekt werd met een enorme ijskap en iets anders moet vervolgens deze laten smelten. Een geliefde theorie was tot voor kort de Milankoviç cyclus: door afwijkingen in de baan van de aarde zou het delicate patroon van zee- en luchtstromen een schop hebben gekregen waardoor de afkoeling of opwarming in gang werd gezet. Uiteraard wordt ook het broeikaseffect als oorzaak uit de kast gehaald.
De laatste jaren worden steeds meer problemen met deze theorie gevonden. De veranderingen in zonnestraling zijn in feite te klein om te verklaren hoe de enorme ijsmassa’s zich hebben kunnen vormen of just worden afgebroken. Duidelijk is in ieder geval dat een verandering in het circulatiepatroon van de enorme zeestromen een centrale rol speelt. Komt bijvoorbeeld de Golfstroom stil te liggen zoals tijdens het laatste glaciaal, dan kunnen we maar beter een dikke bontjas kopen. Volgens sommige onderzoekers versterken we nu de feedbackloop: door de opwarming smelten de Groenlandse ijskappen waardoor de Golfstroom wordt stilgelegd. De grote Siberische rivieren en het smeltende ijs laten het zoutgehalte in de Noordelijke IJszee dalen. De temperatuur daalt en de hele IJszee vriest weer dicht. De lage temperaturen in Europa tijdens koudere perioden in het verleden zouden hier een gevolg van zijn. De koude in december lag overigens aan een ander luchtcirculatiepatroon. Anno nu groeit overigens de scepsis.
Wie wil weten wat een plotseling invallend glaciaal betekent, kan ondertussen onderstaande documentaire bekijken.
