Trager golfje verraadt vaste aardkern

De binnenste kern van de aarde is vast. Dat blijkt uit een gedetailleerde analyse van seismogrammen door een Nederlandse aardbevingsdeskundige....

OP TAFEL ligt het manuscript van een wetenschappelijke publicatie waarin voor het eerst het bewijs wordt geleverd dat de binnenkern van de aarde vast is. De (voorlopige) titel ervan is superkort: één enkele J. Die verwijst naar de zogeheten J-golf die de hoofdauteur, de 23-jarige seismologe drs. Arwen Deuss, in een vijftigtal seismogrammen heeft teruggevonden. Het ultieme bewijs voor een vaste binnenkern.

Geofysici vermoeden al zo'n veertig jaar dat die J-golf ergens tussen de talloze piekjes en pieken op een seismogram terug te vinden moet zijn. Het signaal is echter zo klein dat ruis tot nu toe die golven overschreeuwde. J-golven werden tot voor kort dan ook de Heilige Graal van de geofysica genoemd.

'Je hoort er al tijdens het eerstejaarscollege over, dat intrigeert', zegt Deuss, die bij haar onderzoek samenwerkte met geofysici van de Universiteit Utrecht en van de universiteit van Oxford. Ze is halverwege vorig jaar in Utrecht afgestudeerd en werkt nu in Oxford.

Seismische golven, die bij aardbevingen vrijkomen, reizen de hele aarde door, alle kanten op. Door met seismometers verspreid over de wereld die signalen op te vangen en onder meer de tijd te meten die ze erover doen, is iets te zeggen over de weg die een bepaald golfje heeft afgelegd.

Er zijn twee typen golven: zogeheten P- en S-golven. P-golven lopen het snelst van de twee, en gaan zowel door vast als vloeibaar materiaal. S-golven kunnen alleen door vast materiaal. Er zijn golven die een eenvoudige weg afleggen, bijvoorbeeld direct van het epicentrum van de aardbeving door de vaste mantel naar een seismometer. Maar er zijn er ook die door de vaste aardmantel lopen en vervolgens door de vloeibare buitenkern.

Ze komen alle uiteindelijk ergens op aarde weer uit, waar ze door een seismometer worden geregistreerd. Deuss heeft gezocht naar de theoretisch voorspelde J-golf. De eerste etappe die een potentiële J-golf aflegt, gaat door de aardmantel. Deze is vast. De golf heeft daardoor de keuze te reizen als P- of als S-golf.

Bij de vloeibare buitenkern aangekomen, kan een mogelijke J-golf alleen verder als P-golf. Even later arriveert die bij de binnenkern. Wanneer die vloeibaar zou zijn, moet de golf verder reizen als P-golf. In een vaste kern kan deze ook als S-golf oversteken; dan doet hij er wat langer over. In dat geval verdient de golf het etiket J-golf.

Maar seismische golven die door de hele aarde reizen, verliezen onderweg veel energie, vooral tijdens omzetting van het ene in het andere type. Wanneer zo'n J-golf uiteindelijk een seismometer bereikt, is er nog maar weinig energie over en zal die golf ondersneeuwen in allerlei andere signalen die de meter oppikt.

Om toch nog wat te zien, kan het beste met seismogrammen van zware, diepe aardbevingen worden gewerkt. Deuss heeft eerst gekeken naar een aardbeving in Bolivia in 1994. Ze gebruikte enkele technieken, zoals het optellen van seismogrammen van verschillende stations, met het idee dat zo de ruis zal uitdempen en een eventueel klein signaal zal worden versterkt.

Op basis hiervan vermoedde ze meer dan jaar geleden een J-golf gevonden te hebben. Op conferenties in Nice en San Fransisco hield ze er voor collega-geofysici lezingen over. Een conceptartikel ging naar het blad Nature. Echter reviewers, geraadpleegd door de redactie, raadden plaatsing af. Deuss is er nu blij mee. Die critici behoedden haar en haar collega's voor een wetenschappelijke misstap.

Hun kritiek noopte haar uit te zoeken of de vondst van die J-golf in de seismogrammen niet op toeval berustte. Er werd een methode ontwikkeld waarbij een seismogram als het ware op basis van formules wordt gesimuleerd, er wordt berekend waar de diverse piekjes zouden moeten zitten. De resultaten worden vergeleken met de werkelijke seismogrammen.

Daarbij keek Deuss niet alleen naar de hypothese van een vaste binnenkern. Hetzelfde rekenwerk om te komen tot de theoretische seismogrammen werd gedaan voor een vloeibare binnenkern. 'Alles wat zichtbaar is in seismogrammen met een vaste binnenkern en verdwijnt in seismogrammen met een vloeibare binnenkern, moet zo'n J-golf zijn', stelt Deuss, nog steeds enthousiast over de eenvoud van deze lakmoesproef.

In de diverse seismogrammen van de beving in Bolivia kon ze de J-golf echter niet vinden, in tegenstelling tot wat ze eerst dacht. Een illusie armer deed ze hetzelfde met registraties van een diepe aardbeving onder Flores. 'Bijna een jaar nadat we ons conceptartikel met de foute interpretatie naar Nature hadden gestuurd, hadden we wel beet. De J-golfwaarnemingen in de simulatie van de vaste binnenkern, waren er in de computerrun voor de vloeibare variant niet meer.'

Deuss en collega-onderzoekers uit Utrecht en Oxford denken nu als eersten die J-golf gevonden te hebben, dank zij de juiste keuze van verschillende seismometers ten opzichte van de plaats van de aardbeving. Een artikel daarover - nog in concept - gaat volgende maand naar een vakblad.

Daarin rekenen de onderzoekers en passant af met eerdere claims. Eind vorig jaar meldden twee Fransen in een geofysisch vakblad J-golven gevonden te hebben. Deuss: 'We hebben onze lakmoesproef, die simulatie met een vloeibare binnenkern, op hun waarnemingen losgelaten, acht registraties van Franse seismometers van die aardbeving onder Flores, echter andere dan die van ons.

'Wij hebben registraties van seismometers uit een veel groter gebied gebruikt, met name in Noord-Amerika en Europa. In die Franse gegevens is geen verschil te zien tussen vast en vloeibaar. Hun claim is dus niet terecht.'

Meer over