Beter weten waar het noorden was

Staat het magneetveld van de aarde op omklappen? Welnee, zegt de promovendus die het als geen ander kan meten.

Het gaat na al die jaren vanzelf. Zonder er bij na te denken trekt aardwetenschapper Lennart de Groot steeds op precies het juiste moment zijn hoofd in tijdens de snelle rondgang door zijn Utrechtse paleo-magnetismelab. We lopen door Fort Hoofddijk, een van de bouwwerken in de goeie oude Hollandse waterlinie, in dit geval middenin de weelderige Hortus Botanicus in universiteitscentrum De Uithof. Anno 1879, meldt een gedenksteen in de massieve gemetselde façade.


Daarachter strekt zich een diep ingegraven stelsel uit van ronde gewelven, met lage doorgangen die duidelijk niet bedoeld zijn voor een boomlange promovendus anno nu. Maar het moet maar, dat stelselmatige bukken van hem, want Fort Hoofddijk is zo ongeveer de beste plek ter wereld voor de precisiemetingen waarop De Groot over een paar weken promoveert: van de sterkte van het magneetveld van de aarde. Nu. Maar vooral in vroegere tijden.


IJzer is daarbij het sleutelbegrip, of beter: het ontbreken ervan in het bakstenen Utrechtse fort. Het oude Hoofddijk heeft geen wapening, is puur baksteen. En dus is er geen gemagnetiseerd ijzer dat vreemde signalen op de meetapparatuur van de onderzoekers kan toveren. 'Er is hier zo weinig vervorming door het gebouw zelf dat we een ijzeren bouwkraan aan de overkant van de straat kunnen zien bewegen in onze magnetometers', zegt De Groot in de koele catacomben. Internationaal spreken paleomagnetologen met ontzag over het Utrechtse fort.


En helemaal nu De Groots proefschrift er ligt. Daarin haalt hij letterlijk het onderste uit de kan bij het reconstrueren van de sterkte van het aardmagneetveld uit gesteenten. Zijn meest opvallende conclusie haalde een paar weken geleden de media al: het aardveld zwakte de laatste eeuw ongeveer eenvijfde af. Dat klinkt alsof het helemaal misgaat met de planeet. Maar dat valt dus wel mee, glimlacht De Groot. 'Mensen denken meteen aan het omklappen van de polen en zo, vliegtuigen en schepen die de weg kwijtraken, bombardementen van akelige zonnedeeltjes. Maar feit is dat het huidige veld juist relatief sterk is na een eerder maximum. We zitten nog lang niet in de buurt van dramatische toestanden.'


Sterker nog: het is zelfs niet gezegd dat de afzwakking daartoe een aanloop is. In feite, zegt de Groot, hebben aardwetenschappers niet echt modellen die zouden kunnen voorspellen wat het magneetveld van de planeet gaat doen. 'Een van de redenen om historische reconstructies van het veld te maken, is om het beter te leren begrijpen.'


Wat aardwetenschappers wel denken te snappen is waar het magneetveld van de aarde vandaan komt: trage stromingen en wervelingen in de vloeibare nikkel-ijzerhoudende buitenkern, diep in het binnenste van de planeet. Maar of die stromingen voorspelbaar zijn, is nog lang geen uitgemaakte zaak. Zelfs over de oorsprong van plaatselijke uitschieters in het magneetveld is volop discussie. Zijn dat bijvoorbeeld wervelingen die ontstaan als er plaatselijk mantelmateriaal richting aardkern zakt?


Dat het veld afzwakt, is wetenschappelijk dus niet het echte nieuws, benadrukt De Groot. Waar vakgenoten meer van opkijken is de trefzekerheid waarmee de Utrechtse onderzoekers dat nu denken te kunnen vaststellen. De literatuur, stellen de Utrechters, wemelt van de foutieve intensiteitsmetingen. Misschien deugt maar één op de vijf reconstructies. Met een verstandige selectie van monsters en secuur werken moet dat veel beter kunnen, laat De Groot in zijn proefschrift zien.


Het reconstrueren van vroegere magneetvelden is een notoir lastige klus. Aardwetenschappers bestuderen met supergeleidende magneetsensoren de magnetische voorkeursrichting in monsters van afzettings- of stollingsgesteenten. Die zijn bij veldwerk uit rotsen en wanden geboord, terwijl nauwgezet de locatie en de exacte oriëntatie van het betreffende monster op de aardbol zijn vastgelegd.


Bij het ontstaan van de gesteenten hebben ijzerhoudende korreltjes in het materiaal zich bij voorkeur langs de lijnen van het heersende aardmagnetische veld gericht, en meer naarmate het veld sterker is. Maar dat meten, is een ander verhaal. In veel gesteentemonsters is er maar een heel lichte voorkeursrichting te vinden, doordat niet alle korrels zich richten. Maar het echte probleem, aldus De Groot, is dat zich in ijzerhoudende korrels zogeheten magnetische domeinen vormen, gebiedjes waarin het veld ook weer alle kanten op kan wijzen. Dat maakt reconstructies van het oorspronkelijke magneetveld een stuk lastiger.


De Groot ontwikkelde de afgelopen jaren een extra test om na te gaan in hoeverre zulke domeinen de magneetmetingen van een gesteentemonster parten spelen. Zonder die test, zegt hij, kunnen intensiteitsmetingen er technisch prachtig uitzien, terwijl ze in feite bar weinig zeggen over de sterkte van het oorspronkelijke aardmagneetveld.


En het werkt. De Groot analyseerde in het Utrechtse lab relatief verse lavamonsters van onder meer de Etna op Sicilië en van Hawaii en vergeleek zijn uitkomsten met rechtstreeks gemeten waarden van het aardmagneetveld ter plaatse. Door gesteenten eerst te testen en alleen de relatief schone monsters mee te nemen in de analyses, bleken ongeveer zeven van de tien gesteentemonsters het oorspronkelijke veld te geven. Zonder tests is dat misschien een op de vijf.


De techniek levert voor de aardwetenschappen al meteen een eyeopener van jewelste op. Tot nog toe was er een invloedrijke school die meent dat variaties in het bestaande aardmagnetische veld geleidelijk wat naar het westen verschuiven, alsof de aardkorst en kern niet helemaal in de pas lopen. De Groot, opgetogen gebogen over zijn laptop met data en foto's van stoer veldwerk, ziet er niks van. Hij kan, postdoc inmiddels in hetzelfde vertrouwde Fort Hoofddijk, niet wachten tot het debat losbarst.


NOORD OF ZUID?

Leg een vel papier over een staafmagneet en strooi er ijzervijlsel overheen. Het resultaat is een patroon van lijnen die aan het ene uiteinde van de magneet ontspringen en er aan de andere kant weer in verdwijnen. Waar ze ontspringen is per definitie de noordpool, bij magneten vaak rood geverfd. Merkwaardig gevolg van deze afspraak is wel dat de huidige magnetische noordpool van de aarde formeel een zuidpool is. Maar geen paniek, voor de kompasrichting maakt het niet uit.