NGV-Geonieuws 148 artikel 926

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


16 Mei 2008, jaargang 10 nr. 5 artikel 926

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 148! Op de huidige pagina is alleen artikel 926 te lezen.

<< Vorig artikel: 925 | Volgend artikel: 927 >>

926 Grens aardkern/aardmantel zou kernreactoren kunnen bevatten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

De geochemicus Wim van Westrenen van de Vrije Universiteit van Amsterdam en de natuurkundige Rob de Meijer van de University of the Western Cape in Kaapstad claimen dat er aan de onderzijde van de aardmantel genoeg uranium geconcentreerd kan zijn om kettingreacties op gang te brengen. In kerncentrales zoals in Borssele vindt kernsplijting gewoonlijk plaats met behulp van staven met uraniumoxide waardoor binnen de reactor sprake is van een hoge concentratie uranium. In het Precambrium hebben in Gabon natuurlijke reactoren gewerkt doordat daar uranium door een samenspel van geologische processen werd geconcentreerd op enkele kilometers diepte. Vooralsnog is echter onduidelijk welke invloed de extreem hoge druk die op de grens van aardmantel en aardkern heerst kan hebben op het ontstaan en in stand houden van kernreacties die gebaseerd zijn op de splijting van uranium.


Doorsnede door de aarde. De kernreacties zouden op 3000 km diepte, op de grens tussen mantel en kern plaatsvinden

Het idee van De Meijer en Van Westrenen dat er kernreactoren in het binnenste van de aarde voorkomen is overigens niet nieuw: andere onderzoekers hebben die mogelijkheid al eerder geopperd. Die onderzoekers meenden echter dat de kernreactoren in de ijzeren aardkern zou moeten worden gezocht. Omdat uranium en thorium echter vrijwel onoplosbaar zijn in metalen, menen De Meijer en Van Westrenen dat het veel waarschijnlijker is dat die reactoren zich bevinden op de grens tussen aardkern en aardmantel, in het silicaatgedeelte van de aarde, omdat daar een hogere concentratie van die metalen voorkomt.

Uranium en thorium behoren tot de elementen die door natuurlijk verval van de radioactieve isotopen warmte leveren, die als een warmteflux door mantel en aardkorst heen aan de atmosfeer wordt afgegeven en vervolgens aan het wereldruim. Zonder deze warmteflux zou de aarde allang zijn afgekoeld, en zouden er geen convectiestromen in de aardmantel meer optreden waardoor continenten kunnen verschuiven met als gevolg onder meer dat gebergten bij botsende aardschollen worden opgeheven. Het land zou dan door erosie volledig zijn afgevlakt, waardoor waarschijnlijk de hele aarde aan het oppervlak uit water zou bestaan.


De reactoren op de grens mantel/kern zouden elk 2000-2500 maal zoveel energie opwekken als de kerncentrale in Borssele

Volgens de onderzoekers kan de warmteflux vanuit het binnenste der aarde alleen goed worden verklaard door aan te nemen dat er niet alleen natuurlijk verval van radioactieve isotopen optreedt, maar dat er ook kernsplijting moet plaatsvinden. Dat proces levert namelijk neutronen op die ook weer splijting van andere isotopen veroorzaken, waardoor veel gemakkelijker een kettingreactie ontstaat die een veel hogere warmteproductie oplevert dan 'gewoon’ natuurlijk verval. Volgens Van Westrenen vereist het ontstaan van zo'n kettingreactie echter hogere concentraties uranium dan in de normale aardmantel voorkomen.


Een blootgelegde ‘natuurlijke reactor’ in het Precambrium van Gabon

De Meijer en Van Westrenen menen dat er net onder de aardmantel hoge concentraties uranium aanwezig zijn die als het ware het optreden van natuurlijke reactoren (zoals in de aardkorst voorkomend in Gabon) onvermijdelijk maken. Ze baseren zich daarbij onder meer op recente bevindingen met betrekking tot de verspreiding van een isotoop van het element neodymium (een van de zogeheten zeldzame aardmetalen). Uit die verdeling wordt geconcludeerd dat er kort na het ontstaan van de aarde op grote diepte een reservoir is gevormd met zware elementen, en dat dat reservoir in de loop der tijd niet met de rest van de mantel is vermengd. Zo'n reservoir kan, gezien de convectiestromingen in de aardmantel alleen aan de bodem daarvan bestaan. Dat reservoir zou, volgens de onderzoekers die dat concluderen uit de samenstelling van een van de vormen van perovskiet (een mineraal dat 5% van de ondermantel uitmaakt) weliswaar twintigmaal te weinig uranium bevatten om een kettingreactie op gang te brengen, maar ze menen dat een samenspel van geologische processen toch voor een voldoende concentratie kan hebben gezorgd. Op basis hiervan menen ze dat het waarschijnlijk is dat de hele overgangszone tussen mantel en kern fungeert als een verzameling van kernreactoren (die elk zo'n 1000 maal groter zouden zijn dan een gemiddelde door mensen gemaakte kerncentrale; 2000-2500 maal meer dan Borssele). Die reactor zou een soort kweekreactor zijn, waardoor uit onsplijtbaar uranium plutonium wordt geproduceerd dat weer wel kan worden verspleten.

Bij het kernsplijtingsproces worden neutrino’s gevormd. Die dringen ongehinderd door de aardmantel en aardkorst heen. Met daarop ingestelde meetapparatuur zou zo volgens de onderzoekers kunnen worden bewezen dat hun hypothese juist is. In Japan zijn eerder al neutrino's gemeten die uit de aardmantel afkomstig moeten zijn. Of die uit een groot 'reservoir’ van zware metalen komen, is echter niet vast te stellen.

Referenties:
  • Meijer, R.J. de & Westrenen, W. van, 2008. The feasibility and implications of nuclear georeactors in Earth's core-mantle boundary region. South African Journal of Science 104.
  • Ball, Ph., 2008. Are there nuclear reactors at Earth's core? Nature News 15 mei 2008.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl