‘Raar gedrag van het aardmagnetisch veld’

Bron: nieuwsbrief NRC Wetenschap 14.9.2020

In de zuidelijke Atlantische Oceaan is het aardmagnetisch veld verstoord. Yael Engbers onderzoekt hoe gevaarlijk dat is.

Geofysicus Yael Engbers reisde twee jaar geleden af naar het vulkanisch eiland Sint-Helena, in het zuidelijk deel van de Atlantische Oceaan. Omdat ze het wezen wilde achterhalen van een intrigerende, en voor de mens misschien wel gevaarlijke, verstoring in het aardmagnetisch veld die zich daar in de regio bevindt.

Dat veld ontstaat diep in de aarde, in de buitenkern, door het rondstromen van ijzer. Het omringt de aarde en beschermt haar tegen elektromagnetisch geladen deeltjes afkomstig van de zon. „Maar in een deel van de Atlantische Oceaan gedraagt het veld zich heel raar en is zwakker”, zegt Engbers. De verstoring wordt de South Atlantic Anomaly genoemd, afgekort SAA. Hoe is die ontstaan, wilde Engbers weten. En hoe gevaarlijk is hij voor de mens?

Inmiddels heeft ze haar antwoord. Ze publiceerde het eind juli in PNAS . We bespreken haar werk in de botanische tuin van de Universiteit Utrecht, met op steenworp afstand Fort Hoofddijk, de enige plek in Nederland waar onderzoek naar paleomagnetisme plaatsvindt. Engbers liep er als student rond. Sinds ruim twee jaar is ze promovendus aan de universiteit van Liverpool. We zitten op zwartgeverfde stalen bankjes, aan weerszijden van een zwartgeverfde stalen tafel, naast het ‘vleeseterskasje’ – een kas met enkel vleesetende planten.

Je hebt onderzocht wat die anomalie veroorzaakt. Wat waren de opties?

„Met ons onderzoek wilden we achterhalen of het magnetisch veld zich al gek gedroeg in de tijd dat Sint-Helena gevormd werd, 11 miljoen jaar geleden. Was dat niet zo, dan zou de anomalie een meer recente ontwikkeling zijn. In die lijn denken sommige onderzoekers dat de SAA een voorbode is van een omkering.

„Dit is de gevaarlijke optie, want hierbij wisselen de aardmagnetische noord- en zuidpool om. Zo’n omkering duurt plusminus 7.000 jaar, en gedurende die tijd is het aardmagnetisch veld ernstig verzwakt en instabiel. Geladen deeltjes van de zon kunnen dan in de atmosfeer doordringen. Onze huidige technologie kan daar slecht tegen. Dat zie je in de SAA nu al. Als het International Space Station die regio passeert worden sommige instrumenten door de zonnestraling gereset, en kun je data verliezen.”

Hoe vaak doet zo’n omkering zich voor?

„Gemiddeld ongeveer eens in de 300.000 jaar.”

En wanneer was de laatste keer?

„Zo’n 780.000 jaar geleden. Maar dat gemiddelde zegt niet zoveel. Er zijn periodes met veel wisselingen, maar het is ook wel eens voorgekomen dat er 40 miljoen jaar voorbij zijn gegaan zonder wisseling.”

Wat was de andere optie voor de South Atlantic Anomaly?

„Dat het aardmagnetisch veld zich 11 miljoen jaar geleden al raar gedroeg. Dan is het dus niet gelinkt aan een omkering.”

Het antwoord zou te vinden moeten zijn aan het aardoppervlak, in vulkanisch gesteente. Hoezo?

„In lava zitten kleine ijzerdeeltjes die gevoelig zijn voor magnetisme. Als lava stolt richten die deeltjes zich naar de magnetische noordpool van het dan heersende veld. Uit vulkanisch gesteente kunnen wij de richting van het veld terughalen op het moment dat de lava afkoelde. De vulkaan die Sint-Helena vormde was elf tot acht miljoen jaar geleden actief.”

Er liggen in die regio meer vulkanische eilanden. Waarom koos je voor Sint-Helena?

„Dat heeft mijn begeleider, professor Andrew Biggin, gedaan. Ik wist niet zoveel van het eiland, behalve dat Napoleon er geweest was. Tristan da Cunha, net ten zuiden van Sint-Helena, viel bijvoorbeeld af omdat dat eiland pas zestig- tot negentigduizend jaar oud is. Daarmee kun je niet bewijzen dat de anomalie wellicht al miljoenen jaren bestaat. Er was ook een praktische reden: over Tristan da Cunha was al gepubliceerd, over Sint-Helena nog niet.”

Hoe was het op Sint-Helena?

„Geweldig! Het vliegveld was net een paar maanden geleden geopend. Je komt er aan en het hele eiland staat te kijken naar de vlucht die één keer in de week landt. De mensen zijn er ook zó vriendelijk. We hebben zoveel hulp gehad. Om vergunningen te regelen, voor het boren, om gesteente mee te mogen nemen. Een paar mannen die daar voor de overheid werken, zijn een paar weken met ons opgetrokken. Ze regelden bijvoorbeeld het verkeer langs een lange, smalle weg waar we veel monsters namen, en waar lawinegevaar heerste. Op een andere plek moesten we vanaf de auto een uur lopen. Met twee zware boren, en twintig liter water. En op de terugweg met al die stenen. De hulp was meer dan welkom.”

Hoeveel kernen heb je geboord?

„362. Ontzettend veel. We hebben uiteindelijk resultaten voor 34 lavaflows, dus 34 verschillende tijdstippen tussen elf en acht miljoen jaar geleden. Van elke lavaflow wil je meerdere monsters.”

En wat vertelden de stenen je?

„Een heel duidelijk verhaal. Binnen één lavaflow geven de samples allemaal dezelfde veldrichting. Maar tussen de 34 flows is het beeld heel variabel, de ijzerdeeltjes wijzen alle kanten op. We hebben onze resultaten vergeleken met die van allerlei andere plekken op de wereld en we zien op Sint-Helena veel meer variatie dan je zou verwachten voor die plek op aarde. Dat was de belangrijkste vinding van deze studie. De conclusie is dat het veld op die plek al heel lang instabiel is. En dus geen recentelijk verschijnsel, of voorbode van een omkering.”

Maar dan stuit je meteen op een volgende vraag: hoe vormt die anomalie zich?

„Dat de onregelmatigheden van het veld er elf miljoen jaar geleden ook al waren, betekent dat er diep in de aarde een structurele verstoring zit. Sommige geofysici brengen het in verband met een groot, seismologisch afwijkend gebied dat zo’n 2.800 kilometer onder Afrika ligt, op de grens van de mantel en de kern. Het zou lokaal al zeker tien miljoen jaar turbulenties veroorzaken in de net daaronder gelegen buitenkern. Maar er zijn ook andere hypotheses. Misschien dat ik er, met verder onderzoek aan die 362 kernen, meer over te weten kom.”

Hoe loopt dat onderzoek nu, in coronatijd?

„In maart ging het lab in Liverpool op slot, dus mijn metingen liggen inmiddels een half jaar stil. Gelukkig heb ik drie maanden extra funding gekregen. Ik ben sindsdien veel in Nederland geweest. Ik heb veel geschreven en modelleerwerk op de computer gedaan. Maar ik ga snel weer terug naar Engeland [ze is 7 september teruggereisd] om mijn labwerk op te pakken. Ik moet dan wel eerst twee weken in quarantaine. De situatie is nu wel minder voorspelbaar. Maar er blijven genoeg dingen te doen.”