Informatie

Hoe dicht bij de kern van de aarde kunnen organismen leven?


We weten niet veel over organismen die diep onder de aardkorst leven. Onlangs ontdekte een team onder leiding van S. Giovanni enkele microben op 300 m onder de oceaanbodem. De microben bleken een geheel nieuwe en exotische soort te zijn en blijkbaar voeden ze zich met koolwaterstoffen zoals methaan en benzeen. Wetenschappers speculeren dat er leven kan bestaan ​​in ons zonnestelsel ver onder het oppervlak van sommige planeten of manen. Dit roept enkele vragen op:

  1. Wat is de theoretische minimale afstand tot de kern van de aarde waar nog leven kan bestaan. Leg uit hoe je aan dit nummer bent gekomen. Er zijn bijvoorbeeld temperatuurgebonden limieten voor veel biochemische processen.

  2. Is er het potentieel om enkele echt buitenaardse levensvormen in de aardmantel te ontdekken (hiermee bedoel ik leven dat niet op koolstof is gebaseerd, of leven dat zijn energie krijgt op manieren die we nog niet eerder hebben gezien, of niet op DNA gebaseerd leven, of iets in deze richting)?

  3. Wat is de grootste afstand onder de aardkorst dat leven is ontdekt? Ik geloof dat het de 300 m is die ik hierboven aanhaalde, maar ik weet het niet 100% zeker.


Er is veel dat we niet weten over het leven in diepe grotten, maar we kunnen het diepste levende organisme verbinden tot minstens 3,5 kilometer naar beneden, en waarschijnlijk niet verder dan 30 kilometer naar beneden.

De wormen die zijn teruggevonden in diepe mijnputten zijn niet speciaal aangepast om zo ver naar beneden te leven: ze hebben vergelijkbare zuurstof- en temperatuurvereisten als oppervlaktenematoden.

De Tau Tona-mijn is ongeveer 3,5 kilometer diep en ongeveer 60˚ C op de bodem. De levensduur van hydrothermale ventilatieopeningen is prima tot ongeveer 80˚C, en de korst wordt warmer met "ongeveer" 25˚C per kilometer. Het is heel redelijk om te verwachten dat het leven tot ongeveer 5 kilometer naar beneden gaat, maar verder is speculatie.

Toenemende druk helpt bij het stabiliseren van biologische moleculen die anders zouden desintegreren bij die temperaturen, dus het is niet onmogelijk dat er nog dieper leven is. Het kan zelfs waarschijnlijk zijn, aangezien het leven van Tau Tona zuurstof ademt.

Ik ben er zeker van dat er geen leven is dat we zouden herkennen als leven in de bovenmantel.


Ten minste 283 bacteriesoorten (vanaf juni 2017) zijn gevonden in diepe mijnen, diepe zeeën of diepzeesedimenten; bijvoorbeeld:

Abyssivirga alkaniphila, 2,3 kilometer; Alcanivorax dieselole, 5,0 km; Alcanivorax marinus, 2,5km; Alcanivorax nanhaiticus, 2,1 kilometer; Alkalimonas collagenimarina, 4,0 km; Alkaliphilus transvaalensis, 3,2 kilometer; Altererythrobacter atlanticus, 2,6 kilometer; Altererythrobacter marinus, 1,5 km; Amycolatopsis albispora, 2,9 kilometer; Anoxybacter fermentans, 2,9 kilometer; Arthrobacter ardleyensis, 5,0 km; Aurantivirga profunda, 1,0 km; Arthrobacter onderaardse, 0,5km.


Voor links naar de artikelen die deze bacteriesoorten beschrijven, zie:

https://www.researchgate.net/publication/310900732_Bacteria_I_Names http://bacteria.martinklvana.com/


Het leven gedijt in de aardkorst

Catherine Offord
1 okt. 2018

Ongeveer 20 minuten rijden ten noorden van de industriële stad Timmins, Ontario, maakt de grond plaats voor een gapende kuil van meer dan 100 meter breed. Deze put is het meest herkenbare kenmerk van Kidd Creek Mine, de diepste koper- en zinkmijn ter wereld. Onder het aardoppervlak doorboort een doolhof van ondergrondse tunnels en schachten 3 kilometer oud vulkanisch gesteente. Zonder een enorm ventilatiesysteem dat de doorgangen koel houdt, zou de luchttemperatuur op deze diepte 34 ° C (93 ° F) zijn.

Hier reist Barbara Sherwood Lollar, een hydrogeoloog aan de Universiteit van Toronto, de aardkorst in om te zoeken naar tekenen van leven. "Je stapt in een kleine vrachtwagen of voertuig en gaat over een lange, kronkelende weg die met kurkentrekkers de aarde ingaat", vertelt ze. De wetenschapper. Tegen de tijd dat zij en haar medepassagiers de gangen aan het einde van de rijbaan in klauteren, "lopen we letterlijk langs wat 2,7 miljard jaar geleden de oceaanbodem was", zegt ze. "Het is een uiterst fascinerende en magische plek om te bezoeken."

In tegenstelling tot mijnwerkers, die door deze tunnels navigeren op zoek naar metaalertsen, zijn Sherwood Lollar en haar collega's op zoek naar poelen met zout water. "Dit zijn geen wateren die je in je huisje zou pompen en op je gewassen zou drinken of verspreiden", zegt Sherwood Lollar. "Dit zijn wateren die gedurende lange geochemische tijdschalen in contact zijn geweest met de rots - ze zitten vol met opgeloste kationen en anionen die ze uit de mineralen hebben uitgeloogd." Zo vol zelfs dat ze een kenmerkende, muffe geur afgeven. "Terwijl we door deze tunnels lopen, als ik een vleugje van die stinkende geur krijg, gaan we in die richting."

Waar water is, is het potentieel voor leven. In 2006 maakte Sherwood Lollar deel uit van een team onder leiding van Tullis Onstott van de Princeton University dat een anaërobe, sulfaatreducerende bacterie ontdekte die floreerde in het sulfaatrijke breukwater van de Mponeng-goudmijn in Zuid-Afrika, 2,8 kilometer onder de grond. 1 Een paar jaar later beschreef een andere groep een diverse microbiële gemeenschap die op een vergelijkbare diepte in de aardkorst leeft, toegankelijk via een in de grond geboord boorgat in Finland. 2 Met de recente ontdekking van 2 miljard jaar oud, waterstof- en sulfaatrijk water dat uit de rots in Kidd Mine sijpelt, hopen Sherwood Lollar en haar collega's dat ze misschien weer leven zullen vinden. 3

Vóór de opkomst van de landplanten had de diepe biomassa een orde van grootte groter kunnen zijn dan het leven aan de oppervlakte.

Deze expedities zijn slechts een onderdeel van een snel groeiend onderzoeksgebied dat zich richt op het documenteren van microbieel en zelfs eukaryotisch leven dat honderden meters diep in de aardkorst leeft - de enorme rotslaag die de mantel van de planeet omhult. Onderzoekers onderzoeken nu deze levende onderwereld, of diepe biosfeer, niet alleen in de oude, langzaam veranderende continentale korst onder onze voeten, maar ook in de dunnere, meer dynamische oceanische korst onder de zeebodem. (Zie de afbeelding op pagina 32.) Dergelijke habitats zijn toegankelijker geworden dankzij de uitbreiding van wetenschappelijke boorprojecten in de afgelopen twee decennia – waarbij onderzoekers rotskernen naar boven halen om aan de oppervlakte te bestuderen – en door een groeiend aantal expedities naar de Aarde via mijnen of scheuren in de oceaanbodem.

Studies van deze donkere - en vaak zuurstofloze en hete - omgevingen dagen wetenschappers uit om de grenzen van het leven te heroverwegen, en laten tegelijkertijd zien hoe weinig we weten over de wereld onder onze voeten. "Het is een heel goed vakgebied als je het niet erg vindt om niet alle antwoorden te weten", zegt Jason Sylvan, een geomicrobioloog aan de Texas A&M University. “Voor sommige mensen schrikt dat af. Voor mij is een vakgebied spannender als je echt grote vragen kunt stellen.”


Belang bij onderzoek

De enzymen die worden uitgescheiden door extremofielen, "extremozymen" genoemd, die hen in staat stellen te functioneren in dergelijke verbiedende omgevingen, zijn van groot belang voor medische en biotechnische onderzoekers. Misschien zullen ze de sleutel zijn tot het maken van genetisch gebaseerde medicijnen, of het creëren van technologieën die onder extreme omstandigheden kunnen functioneren.

Natuurlijk vereisen verschillende omgevingsomstandigheden verschillende aanpassingen door de organismen die in die omstandigheden leven. Extremofielen worden geclassificeerd volgens de omstandigheden waaronder ze groeien. Meestal zijn omgevingen echter een mix van verschillende fysiochemische omstandigheden, waardoor extremofielen zich moeten aanpassen aan meerdere fysiochemische parameters. Extremofielen die in dergelijke omstandigheden worden gevonden, worden "polyextremofielen" genoemd.

Acidofiel

Acidofielen zijn aangepast aan omstandigheden met zure pH-waarden die variëren van 1 tot 5. Deze groep omvat enkele eukaryoten, bacteriën en archaea die worden aangetroffen in plaatsen zoals zwavelhoudende poelen, gebieden die zijn vervuild door zure mijnafvoer en zelfs onze eigen magen!

Acidofielen reguleren hun pH-waarden door middel van een verscheidenheid aan gespecialiseerde mechanismen, waarvan sommige passief zijn (geen energie uitoefenen), en sommige actief zijn (energie uitputtend). Passieve mechanismen omvatten meestal het versterken van het celmembraan tegen de externe omgeving, en kunnen betrekking hebben op het afscheiden van een biofilm om de diffusie van moleculen in de cel te belemmeren, of het volledig veranderen van hun celmembraan om beschermende stoffen en vetzuren op te nemen. Sommige acidofielen kunnen buffermoleculen afscheiden om hun interne pH-waarde te helpen verhogen. Actieve pH-regelmechanismen omvatten een waterstofionenpomp die waterstofionen met een constant hoge snelheid uit de cel verdrijft.

Alakalifielen

Alkalifielen zijn aangepast aan omstandigheden met basische pH-waarden van 9 of hoger. Ze handhaven homeostase door zowel passieve als actieve mechanismen. Passieve mechanismen omvatten pooling van cytoplasmatische polyaminen in de cel. De polyaminen zijn rijk aan positief geladen aminogroepen die het cytoplasma bufferen in alkalische omgevingen. Een ander passief mechanisme is het hebben van een lage membraanpermeabiliteit, wat de beweging van protonen in en uit de cel belemmert. De actieve regulatiemethode omvat een natriumionkanaal dat protonen de cel in draagt.

Thermofiel

Thermofielen gedijen goed bij extreem hoge temperaturen tussen 113 en 251 graden Fahrenheit. Ze zijn te vinden op plaatsen zoals hydrothermale bronnen, vulkanische sedimenten en warmwaterbronnen. Hun overleving op dergelijke plaatsen kan worden toegeschreven aan hun extremozymen. De aminozuren van dit soort enzymen verliezen hun vorm en vouwen niet bij extreme hitte, waardoor ze goed blijven functioneren.

Psychrofiel

Psychrofielen (ook bekend als cryofielen) gedijen goed bij extreem lage temperaturen van 5 graden Fahrenheit of lager. Deze groep behoort tot alle drie de domeinen van het leven (bacteriën, archaea en eukarya), en ze zijn te vinden op plaatsen zoals koude gronden, permafrost, poolijs, koud oceaanwater en alpine sneeuwpakketten.

Een manier waarop ze in extreme kou overleven, kan worden toegeschreven aan hun extremozymen, die bij lage temperaturen blijven functioneren, en iets langzamer bij nog lagere temperaturen. Psychrofielen zijn ook in staat om eiwitten te produceren die functioneel zijn bij lage temperaturen, en bevatten grote hoeveelheden onverzadigde vetzuren in hun plasmamembranen die de cellen helpen beschermen tegen de kou. Het meest opvallende is echter dat sommige psychrofielen het water in hun lichaam kunnen vervangen door de suikertrehalose, waardoor de vorming van schadelijke ijskristallen wordt voorkomen.

Xerofiel

Xerofielen groeien in extreem droge omstandigheden die erg heet of erg koud kunnen zijn. Ze zijn gevonden in plaatsen zoals de Atacama-woestijn, het Great Basin en Antarctica. Net als hun psychrofiele vrienden hebben sommige xerofielen het vermogen om water te vervangen door trehalose, dat ook membranen en andere structuren kan beschermen tegen perioden met een lage beschikbaarheid van water.

Barofiel (piëzofiel)

Barofielen zijn organismen die het beste groeien onder hoge drukken van 400 atm of meer. Ze kunnen overleven door de vloeibaarheid van de fosfolipiden in het membraan te reguleren. Deze vloeibaarheid compenseert de drukgradiënt tussen de binnen- en buitenkant van de cel en de externe omgeving. Extreme barofielen groeien optimaal bij 700 atm of hoger en groeien niet bij lagere drukken.

Halofiel

Halofielen zijn organismen die hoge zoutconcentraties nodig hebben om te groeien. Bij een zoutgehalte van meer dan 1,5 M overheersen prokaryotische bacteriën. Toch behoort deze groep tot alle drie de domeinen van het leven, maar in kleinere aantallen.

Het overwinnen van de uitdagingen van hypersaline-omgevingen begint met het minimaliseren van cellulair waterverlies. Halofielen doen dit door via verschillende mechanismen opgeloste stoffen in het cytoplasma te accumuleren. Halofiele archaea gebruiken een natrium-kalium-ionenpomp om natrium te verdrijven en kalium in te nemen. Halotolerante bacteriën balanceren de osmotische druk door glycerol te gebruiken als compatibele opgeloste stoffen.


Hoe we weten wat er in de kern van de aarde ligt

Mensen zijn overal op aarde geweest. We hebben het land veroverd, door de lucht gevlogen en naar de diepste loopgraven in de oceaan gedoken. We zijn zelfs naar de maan geweest. Maar we zijn nog nooit in de kern van de planeet geweest.

We zijn niet eens in de buurt gekomen. Het centrale punt van de aarde is meer dan 6.000 km naar beneden, en zelfs het buitenste deel van de kern is bijna 3.000 km onder onze voeten. Het diepste gat dat we ooit aan de oppervlakte hebben gemaakt, is het Kola Superdeep-boorgat in Rusland, en het gaat maar een zielige 12,3 km naar beneden.

Alle bekende gebeurtenissen op aarde vinden ook dicht bij het oppervlak plaats. De lava die uit vulkanen spuwt smelt eerst een paar honderd kilometer naar beneden. Zelfs diamanten, die extreme hitte en druk nodig hebben om zich te vormen, zijn afkomstig uit rotsen die minder dan 500 km diep zijn.

Wat is er beneden alles wat in mysterie is gehuld. Het lijkt ondoorgrondelijk. En toch weten we verrassend veel over de kern. We hebben zelfs een idee over hoe het miljarden jaren geleden is gevormd en dat allemaal zonder een enkel fysiek monster. Zo werd de kern onthuld.

Een goede manier om te beginnen is om na te denken over de massa van de aarde, zegt Simon Redfern van de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk.

Het grootste deel van de massa van de aarde moet zich in de richting van het centrum van de planeet bevinden

We kunnen de massa van de aarde schatten door het effect van de zwaartekracht van de planeet op objecten aan het oppervlak te observeren. Het blijkt dat de massa van de aarde 5,9 sextiljoen ton is: dat is 59 gevolgd door 20 nullen.

Er is geen teken van zoiets massiefs aan de oppervlakte.

"De dichtheid van het materiaal aan het aardoppervlak is veel lager dan de gemiddelde dichtheid van de hele aarde, dus dat zegt ons dat er iets veel dichters is", zegt Redfern. "Dat is het eerste."

In wezen moet het grootste deel van de massa van de aarde zich in de richting van het centrum van de planeet bevinden. De volgende stap is om te vragen welke zware materialen de kern vormen.

Het antwoord hier is dat het vrijwel zeker grotendeels van ijzer is gemaakt. Men denkt dat de kern voor ongeveer 80% uit ijzer bestaat, hoewel het exacte cijfer ter discussie staat.

Een ijzeren kern zou al die ontbrekende massa verklaren

Het belangrijkste bewijs hiervoor is de enorme hoeveelheid ijzer in het universum om ons heen. Het is een van de tien meest voorkomende elementen in onze melkweg en wordt vaak aangetroffen in meteorieten.

Gezien hoeveel er van is, komt ijzer veel minder vaak voor aan het aardoppervlak dan we zouden verwachten. Dus de theorie is dat toen de aarde 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd, veel ijzer zich een weg baande naar de kern.

Daar zit de meeste massa, en daar moet ook het meeste ijzer zijn. IJzer is onder normale omstandigheden een relatief dicht element en onder de extreme druk in de kern van de aarde zou het worden verpletterd tot een nog hogere dichtheid, dus een ijzeren kern zou al die ontbrekende massa verklaren.

Maar wacht even. Hoe kwam dat ijzer daar in de eerste plaats?

Het ijzer moet op de een of andere manier &ndash letterlijk &ndash naar het centrum van de aarde zijn getrokken. Maar het is niet meteen duidelijk hoe.

Het grootste deel van de rest van de aarde bestaat uit rotsen die silicaten worden genoemd, en gesmolten ijzer worstelt om er doorheen te reizen. Net zoals water op een vettig oppervlak druppeltjes vormt, klampt het ijzer zich vast in kleine reservoirs en weigert zich uit te spreiden en te stromen.

De druk verandert eigenlijk de eigenschappen van hoe ijzer interageert met het silicaat

Een mogelijke oplossing werd in 2013 ontdekt door Wendy Mao van Stanford University in Californië en haar collega's. Ze vroegen zich af wat er gebeurde als het ijzer en het silicaat beide werden blootgesteld aan extreme druk, zoals diep in de aarde gebeurt.

Door beide stoffen extreem strak samen te knijpen met diamanten, waren ze in staat gesmolten ijzer door silicaat te persen.

"De druk verandert eigenlijk de eigenschappen van hoe ijzer interageert met het silicaat", zegt Mao. "Bij hogere drukken ontstaat er een 'smeltnetwerk'."

Dit suggereert dat het ijzer gedurende miljoenen jaren geleidelijk door de rotsen van de aarde werd geperst, totdat het de kern bereikte.

Op dit punt vraag je je misschien af ​​hoe we de grootte van de kern weten. Waarom denken wetenschappers dat het 3000 km naar beneden begint? Er is een antwoord in één woord: seismologie.

Alle seismische stations verspreid over de hele aarde registreerden de komst van de trillingen

Wanneer er een aardbeving plaatsvindt, stuurt deze schokgolven over de hele planeet. Seismologen registreren deze trillingen. Het is alsof we de ene kant van de planeet raken met een gigantische hamer, en aan de andere kant luisteren naar het geluid.

"Er was een Chileense aardbeving in de jaren zestig die een enorme hoeveelheid gegevens opleverde", zegt Redfern. "Alle seismische stations verspreid over de hele aarde hebben de komst van de trillingen van die aardbeving geregistreerd."

Afhankelijk van de route die die trillingen nemen, gaan ze door verschillende delen van de aarde, en dit beïnvloedt hoe ze aan de andere kant "klinken".

Al vroeg in de geschiedenis van de seismologie realiseerde men zich dat sommige trillingen verdwenen. Van deze "S-golven" werd verwacht dat ze aan de ene kant van de aarde zouden verschijnen nadat ze aan de andere kant waren ontstaan, maar er was geen teken van hen.

Het bleek dat stenen ongeveer 3000 km naar beneden vloeibaar werden

De reden hiervoor was simpel. S-golven kunnen alleen weerkaatsen door vast materiaal en niet door vloeistof.

Ze moeten iets zijn gesmolten in het centrum van de aarde. Door de paden van de S-golven in kaart te brengen, bleek dat rotsen zo'n 3000 km naar beneden vloeibaar werden.

Dat suggereerde dat de hele kern gesmolten was. Maar de seismologie had nog een verrassing in petto.

In de jaren dertig merkte een Deense seismoloog Inge Lehmann op dat een ander soort golven, P-golven genaamd, onverwacht door de kern reisde en aan de andere kant van de planeet kon worden gedetecteerd.

P-golven reisden echt door de kern

Ze kwam met een verrassende verklaring: de kern is opgedeeld in twee lagen. De "binnenste" kern, die ongeveer 5.000 km naar beneden begint, was eigenlijk solide. Alleen de "buitenste" kern erboven was gesmolten.

Het idee van Lehmann werd uiteindelijk bevestigd in 1970, toen gevoeligere seismografen ontdekten dat P-golven echt door de kern reisden en in sommige gevallen er onder hoeken vanaf werden afgebogen. En ja hoor, ze kwamen toch aan de andere kant van de planeet terecht.

Het zijn niet alleen aardbevingen die nuttige schokgolven door de aarde hebben gestuurd. In feite heeft de seismologie veel van haar succes te danken aan de ontwikkeling van kernwapens.

Een nucleaire ontploffing veroorzaakt ook golven in de grond, dus gebruiken landen seismologie om te luisteren naar wapentests. Tijdens de Koude Oorlog werd dit als enorm belangrijk gezien, dus seismologen zoals Lehmann kregen veel aanmoediging.

Dit blijkt nogal lastig te bepalen

Rivaliserende landen ontdekten elkaars nucleaire capaciteiten en gaandeweg leerden we steeds meer over de kern van de aarde. Seismologie wordt nog steeds gebruikt om nucleaire ontploffingen te detecteren.

We kunnen nu een ruw beeld schetsen van de structuur van de aarde. Er is een gesmolten buitenkern, die ongeveer halverwege het centrum van de planeet begint, en daarbinnen bevindt zich de vaste binnenkern met een diameter van 1.220 km.

Maar er is nog veel meer om uit te proberen, vooral over de innerlijke kern. Om te beginnen, hoe heet is het?

Dit blijkt nogal lastig te bepalen, en tot voor kort verbaasde het wetenschappers, zegt Lidunka Vočadlo van University College London in het VK. We kunnen daar geen thermometer plaatsen, dus de enige oplossing is om de juiste breekdruk in het lab te creëren.

De kern van de aarde is warm gebleven dankzij de warmte die is vastgehouden bij de vorming van de planeet

In 2013 maakte een team van Franse onderzoekers de beste schatting tot nu toe. Ze onderwierpen zuiver ijzer aan een druk die iets meer dan de helft was van die in de kern, en extrapoleerden van daaruit. Ze concludeerden dat het smeltpunt van puur ijzer bij kerntemperaturen rond 6.230 & degC ligt. De aanwezigheid van andere materialen zou het smeltpunt van de kern iets doen dalen, tot ongeveer 6.000 & degC. Maar dat is nog steeds zo heet als het oppervlak van de zon.

Een beetje zoals een geroosterde aardappel in de schil, de kern van de aarde is warm gebleven dankzij de warmte die wordt vastgehouden door de vorming van de planeet. Het krijgt ook warmte van wrijving naarmate dichtere materialen verschuiven, evenals van het verval van radioactieve elementen. Toch koelt het elke miljard jaar met ongeveer 100 °C af.

Het is handig om de temperatuur te kennen, omdat het de snelheid beïnvloedt waarmee trillingen door de kern gaan. Dat is handig, want er is iets vreemds aan de hand met de trillingen.

P-golven reizen onverwacht langzaam als ze door de binnenkern gaan en langzamer dan ze zouden doen als het van puur ijzer was gemaakt.

Het is een Assepoester-probleem: geen enkele schoen past helemaal

"Golfsnelheden die de seismologen meten bij aardbevingen en dergelijke, zijn aanzienlijk lager [dan] alles wat we meten in een experiment of berekenen op een computer", zegt Vočadlo. "Niemand weet nog waarom dat is."

Dat suggereert dat er een ander materiaal in de mix zit.

Het zou heel goed een ander metaal kunnen zijn, nikkel genaamd. Maar wetenschappers hebben geschat hoe seismische golven door een ijzer-nikkellegering zouden reizen, en het past ook niet helemaal bij de metingen.

Vočadlo en haar collega's overwegen nu of er daar beneden ook andere elementen zijn, zoals zwavel en silicium. Tot nu toe heeft niemand een theorie kunnen bedenken voor de samenstelling van de binnenkern die iedereen tevreden stelt. Het is een Assepoester-probleem: geen enkele schoen past precies.

Dat zou kunnen verklaren waarom de seismische golven langzamer passeren dan verwacht

Vočadlo probeert de materialen van de binnenkern op een computer te simuleren. Ze hoopt een combinatie van materialen, temperaturen en drukken te vinden die de seismische golven met de juiste hoeveelheid zou vertragen.

Ze zegt dat het geheim misschien ligt in het feit dat de binnenkern bijna op zijn smeltpunt is. Als gevolg hiervan kunnen de precieze eigenschappen van de materialen verschillen van wat ze zouden zijn als ze veilig solide waren.

Dat zou kunnen verklaren waarom de seismische golven langzamer passeren dan verwacht.

"Als dat het echte effect is, zouden we de resultaten van de minerale fysica kunnen verzoenen met de seismologische resultaten", zegt Vocadlo. "Dat hebben mensen nog niet kunnen doen."

Er zijn nog tal van raadsels over de kern van de aarde op te lossen. Maar zonder ooit naar die onmogelijke diepten te graven, hebben wetenschappers veel ontdekt over wat er duizenden kilometers onder ons gebeurt.

Het magnetische veld helpt ons te beschermen tegen schadelijke zonnestraling

Die verborgen processen in de diepten van de aarde zijn cruciaal voor ons dagelijks leven, op een manier die velen van ons zich niet realiseren.

De aarde heeft een krachtig magnetisch veld, en dat is allemaal te danken aan de gedeeltelijk gesmolten kern. De constante beweging van gesmolten ijzer creëert een elektrische stroom in de planeet, en dat genereert op zijn beurt een magnetisch veld dat ver in de ruimte reikt.

Het magnetische veld helpt ons te beschermen tegen schadelijke zonnestraling. Als de kern van de aarde niet was zoals hij is, zou er geen magnetisch veld zijn en zouden we met allerlei problemen te kampen hebben.

Niemand van ons zal ooit de kern zien, maar het is goed om te weten dat het er is.


Curious Kids: wat zou er gebeuren als de kern van de aarde koud zou worden?

Paula Koelemeijer ontvangt financiering van de Royal Society en University College Oxford.

Partners

University College London verstrekt financiering als een van de oprichters van The Conversation UK.

The Conversation UK ontvangt financiering van deze organisaties

Curious Kids is een serie voor kinderen van alle leeftijden, waarbij The Conversation experts vraagt ​​om vragen van kinderen te beantwoorden. Alle vragen zijn welkom: lees onderaan dit artikel hoe je mee kunt doen.

Wat zou er gebeuren als de kern van de aarde niet langer heet gesmolten zou zijn? – Amelia, 13 jaar, Devon, VK

Bedankt Amelia, dat is een hele goede vraag! De kern van de aarde koelt in de loop van de tijd heel langzaam af. Op een dag, wanneer de kern volledig is afgekoeld en stevig is geworden, zal het een enorme impact hebben op de hele planeet. Wetenschappers denken dat als dat gebeurt, de aarde een beetje op Mars zou kunnen lijken, met een heel dunne atmosfeer en geen vulkanen of aardbevingen meer. Dan zou het voor het leven heel moeilijk zijn om te overleven - maar dat zal over enkele miljarden jaren geen probleem zijn.

Op dit moment is de kern van de aarde niet helemaal gesmolten. De binnenkern is een bol van massief ijzer, terwijl de buitenkern is gemaakt van duizenden kilometers dik gesmolten ijzer.

Wetenschappers weten dit omdat de schokgolven die door aardbevingen worden veroorzaakt, aan de andere kant van de aarde kunnen worden geregistreerd - en we zouden ze niet verwachten als de binnenkern ook gesmolten was.

De hele kern was gesmolten toen de aarde voor het eerst werd gevormd, ongeveer 4,5 miljard jaar geleden. Sindsdien koelt de aarde geleidelijk af en verliest ze haar warmte aan de ruimte. Terwijl het afkoelde, vormde zich de vaste binnenkern en sindsdien is deze steeds groter geworden.

Maar dit proces gaat erg langzaam: de binnenkern groeit slechts ongeveer één millimeter per jaar, omdat de aarde een rotsachtige mantel heeft tussen haar hete kern en het koude oppervlak, waardoor ze niet te snel afkoelt - net zoals je jas je tegenhoudt winters warm.

De langzame afkoeling van onze planeet zorgt ervoor dat het gesmolten ijzer in de buitenste kern snel gaat stromen en wervelen terwijl warmte naar de mantel wordt getransporteerd, en dit geeft de aarde haar magnetisch veld. Het magnetische veld is als een magneet die op afstand werkt, en hoewel we het niet met onze ogen kunnen zien, doet het veel belangrijke taken op onze planeet.

Het magnetisch veld van de aarde in actie. Shutterstock.

Het magnetisch veld van de aarde beschermt het leven op het aardoppervlak tegen schadelijke deeltjes afkomstig van de zon. Het houdt ook de atmosfeer van de planeet op zijn plaats en helpt dieren om hun weg te vinden.

De warmte die uit de kern ontsnapt, zorgt er ook voor dat materiaal zich in verschillende lagen van onze planeet verplaatst - van de rotsachtige mantel tot de stijve platen aan de oppervlakte, waar jij en ik wonen.

Door deze beweging kunnen de platen op het oppervlak tegen elkaar wrijven, waardoor aardbevingen en vulkanen ontstaan. Daarom kan leven op plaatsen waar twee platen samenkomen – zoals Nepal of Japan – erg gevaarlijk zijn.

Een actieve vulkaan in Guatemala. Shutterstock.

Wanneer de gesmolten buitenste kern afkoelt en vast wordt, zal het magnetisch veld van de aarde nog lang in de toekomst verdwijnen.

Als dat gebeurt, zullen kompassen niet meer naar het noorden wijzen, vogels zullen niet weten waar ze heen moeten vliegen als ze migreren en de atmosfeer van de aarde zal verdwijnen. Dit zal het leven op aarde erg moeilijk maken voor mensen en andere levensvormen.

Als de aarde volledig is afgekoeld, stopt uiteindelijk ook de beweging in de mantel. Dan zullen de platen aan het oppervlak niet meer bewegen en zijn er minder aardbevingen en vulkaanuitbarstingen.

Je zou denken dat dit goed zou zijn voor mensen – vooral voor degenen die in plaatsen als Tokio wonen – maar vulkaanuitbarstingen produceren ook vruchtbare grond voor landbouw en gassen die de lucht vormen die we inademen.

Na dit alles zou de aarde een beetje op Mars kunnen lijken. Op het oppervlak van Mars hebben wetenschappers kenmerken gezien die verband houden met vulkanen en bewegende platen. Maar ze bewegen niet meer, en er is geen magnetisch veld en er is alleen nog maar een dunne atmosfeer.

We weten niet of de kern van Mars nog steeds gesmolten is of niet, maar er is onlangs een robot genaamd InSight op Mars geland die ons zal helpen erachter te komen!

Maar voor nu hoef je je geen zorgen te maken dat de kern van de aarde al zijn warmte verliest en stevig wordt, omdat de mantel om de kern is gewikkeld, waardoor deze lekker warm blijft.

Hallo, nieuwsgierige kinderen! Heb je een vraag die je door een expert wilt laten beantwoorden? Vraag een volwassene om uw vraag naar ons te sturen. Jij kan:

* Mail je vraag naar [email protected]
* Vertel het ons op Twitter door @ConversationUK te taggen met de hashtag #curiouskids, of
* Stuur ons een bericht op Facebook.

CC BY-ND

Vertel ons uw naam, leeftijd en in welke stad of stad u woont. U kunt desgewenst ook een audio-opname van uw vraag sturen. Stuur zoveel vragen als je wilt! We zullen niet elke vraag kunnen beantwoorden, maar we zullen ons best doen.


Benthos

Onze redacteuren zullen beoordelen wat je hebt ingediend en bepalen of het artikel moet worden herzien.

benthos, de verzameling organismen die de zeebodem bewonen. Benthische epifauna leeft op de zeebodem of op bodemobjecten, de zogenaamde infauna leeft in de sedimenten van de zeebodem. Veruit de best bestudeerde benthos zijn het macrobenthos, die vormen groter dan 1 mm (0,04 inch), die worden gedomineerd door polychaete wormen, pelecypoden, anthozoa, stekelhuidigen, sponzen, ascidians en schaaldieren. Meiobenthos, die organismen tussen 0,1 en 1 mm groot, omvatten polychaeten, pelecypods, copepoden, ostracodes, cumaceans, nematoden, turbellarians en foraminiferans. Het microbenthos, kleiner dan 0,1 mm, omvat bacteriën, diatomeeën, ciliaten, amoeben en flagellaten.

De variëteit en abundantie van het benthos variëren met breedtegraad, diepte, watertemperatuur en zoutgehalte, lokaal bepaalde omstandigheden zoals de aard van het substraat en ecologische omstandigheden zoals predatie en concurrentie. De belangrijkste voedselbronnen voor het benthos zijn plankton en organisch afval van het land. In ondiep water zijn grotere algen belangrijk, en waar het licht de bodem bereikt, zijn benthische fotosynthetiserende diatomeeën ook een belangrijke voedselbron. Harde en zanderige substraten worden bevolkt door suspensievoeders zoals sponzen en pelecypoden. Zachtere bodems worden gedomineerd door afzettingseters, waarvan de polychaeten de belangrijkste zijn. Vissen, zeesterren, slakken, koppotigen en de grotere schaaldieren zijn belangrijke roofdieren en aaseters.


Het oudste levende wezen op aarde

Eendagsvliegen leven een dag, mensen leven een eeuw, als we geluk hebben, maar wat is het oudste levende organisme op aarde? Voor wetenschappers is het een moeilijke taak om de leeftijd van een langlevende soort nauwkeurig te bewijzen.

Onder de takken van een 300 jaar oude tamme kastanjeboom in de Royal Botanic Gardens in Kew bevestigt Tony Kirkham, hoofd van het arboretum, dat bomen dieren kunnen overleven.

Om dit te bewijzen kan wat traditioneel speurwerk nodig zijn, zoals hij uitlegt: "Allereerst kunnen we naar eerdere gegevens kijken om erachter te komen of er op een bepaalde datum een ​​boom groeide. Dan kijken we naar schilderijen en kunstwerken, om te kijken of die boom aanwezig was. En oude Ordnance Survey-kaarten tonen heel duidelijk oude bomen, vooral belangrijke."

Een bekende manier om de leeftijd van een boom te meten is door de ringen in de stam te tellen: één ring per groeijaar. Het is een proces dat bekend staat als dendrochronologie en werkt alleen voor bepaalde soorten bomen die een jaarlijkse groeispurt hebben.

Het voor de hand liggende probleem is dat het tellen van ringen normaal gesproken gepaard gaat met het omhakken van de boom.

Boomkwekers omzeilen dit door een incrementele boormachine te gebruiken, een boor waarmee ze een kern kunnen verwijderen en de ringen kunnen tellen zonder de boom dodelijk te beschadigen.

Het is een delicate kunst, en, zegt Tony, in de jaren zestig brak de boor van een wetenschapper af in de naaldboom die hij aan het bemonsteren was.

De kit is duur en om hem te helpen het verloren instrument terug te vinden, heeft een boswachter de boom omgehakt. Eenmaal geveld kon de boom gemakkelijk verouderen en bleek 5000 jaar oud te zijn.

"Het was verschrikkelijk, maar er kwam zoveel wetenschap uit die kans, en sindsdien hebben we bomen gevonden die even oud zijn, zo niet ouder", geeft Tony toe.

Een team van onderzoekers in de VS houdt een lijst bij, de Old List, van officieel gedateerde oude bomen.

Ze hebben in Sri Lanka een heilige vijgenboom gevonden die minstens 2222 jaar oud is.

There's a Patagonian cypress tree in Chile which, at 3,627 years old, is as old as Stonehenge.

A Great Basin bristlecone pine in California's White Mountains named Methuselah comes in at 4,850 years old. But the oldest tree on the list, an unnamed bristlecone pine from the same location, has a core suggesting it is 5,067 years old.

This time-worn tree has lived through the rise and fall of the Roman Empire. It was already established when the Ancient Egyptians started building pyramids.

We investigated the bristlecone pine tree after William Adams from London asked us: "What's the oldest tree or other living organism on Earth?" If you've got a science question you want BBC CrowdScience to look into, get in touch via the form below.

If you are reading this page on the BBC News app, you will need to visit the mobile version of the BBC website to submit your question.

Is this 5,000-year-old Great Basin bristlecone pine the oldest single living thing on the planet? That depends on your definition of a "single tree".

In Fishlake National Park in Utah in the US lives a quaking aspen tree that most people would struggle to see as "a tree".

It's a clonal tree called "Pando", from the Latin meaning "I spread", and for good reason.

It is so large that it is easy to mistake for a forest. However, Pando, despite being the size of Vatican City, has all sprung from one seed, and, over the years, has grown a single vast rootstock supporting an estimated 50,000 tree trunks. Accurately estimating how many years is problematic, says population geneticist Prof Karen Mock from Utah State University, who works on the aspen.

"There have been all kinds of different estimates but the original tree is almost certainly not there," he told the BBC.

Clonal trees grow in all directions and regenerate themselves as they go. This means taking a core from a trunk will not give you the age of the whole tree.

Scientists try to get around this problem by equating size to age. It's an inaccurate process and Pando's estimated age ranges from a few thousand to 80,000 years old.

Prof Mock hopes that a new technique, looking at how many DNA mutations are accumulated over time, could give them another way of assessing the age of this remarkable tree.


Physical and Chemical Features

Light and temperature are two key physical features of lakes and ponds. Light from the sun is absorbed, scattered, and reflected as it passes through Earth's atmosphere, the water's surface, and the water. The quantity and quality of light reaching the surface of a lake or pond depends on a variety of factors, including time of day, season, latitude, and weather. The quality and quantity of light passing through lake or pond water is affected by properties of the water, including the amount of particulates (such as algae) and the concentration of dissolved compounds. (For example, dissolved biologisch carbon controls how far ultraviolet wavelengths of light penetrate into the water.)

Light and wind combine to affect water temperature in lakes and ponds. Most lakes undergo a process called thermal stratification, which creates three distinct zones of water temperature. In summer, the water in the shallowest layer (called the epilimnion) is warm, whereas the water in the deepest layer (called the hypolimnion) is cold. The middle layer, the metalimnion, is a region of rapid temperature change. In winter, the pattern of thermal stratification is reversed such that the epilimnion is colder than the hypolimnion. In many lakes, thermal stratification breaks down each fall and spring when rapidly changing air temperatures and wind cause mixing. However, not all lakes follow this general pattern. Some lakes mix only once a year and others mix continuously.

The chemistry of lakes and ponds is controlled by a combination of physical, geological, and biological processes. The key chemical characteristics of lakes and ponds are dissolved oxygen concentration, nutrient concentration, and pH . In lakes and ponds, sources of oxygen include diffusion at the water surface, mixing of oxygen-rich surface waters to deeper depths, and photosynthesis. Oxygen is lost from lakes and ponds during respiration by living organisms and because of chemical processes that bind oxygen. The two most important nutrients in lakes and ponds are nitrogen and phosphorus. The abundance of algae in most lakes and ponds is limited by phosphorus availability, whereas nitrogen and iron are the limiting nutrients in the ocean. The acidity of water, measured as pH, reflects the concentration of hydrogen ionen . The pH value of most lakes and ponds falls between 4 and 9 (the pH value of distilled water is 7). Some aquatic organisms are adversely affected by low pH conditions caused by volcanic action, acid-releasing vegetation surrounding bog lakes, and acid rain.


Omgeving

Onze redacteuren zullen beoordelen wat je hebt ingediend en bepalen of het artikel moet worden herzien.

Omgeving, the complex of physical, chemical, and biotic factors that act upon an organism or an ecological community and ultimately determine its form and survival.

The Earth’s environment is treated in a number of articles. The major components of the physical environment are discussed in the articles atmosphere, climate, continental landform, hydrosphere, and ocean. The relationship between the principal systems and components of the environment, and the major ecosystems of the Earth are treated in the article biosphere. The significant environmental changes that have occurred during Earth’s history are surveyed in the article geochronology. The pollution of the environment and the conservation of its natural resources are treated in the article conservation. Hazards to life in the biosphere are discussed in the articles death, disease, and immune system.


B1.4 Interdependence and Adaptation

Organisms are well adapted to survive in their normal environment. Population size depends on a variety of factors including competition, predation, disease and human influences. Changes in the environment may affect the distribution and behaviour of organisms.

  • To survive, organisms require a supply of materials from their surroundings and from the other living organisms there.
  • Organisms live, grow and reproduce in places where, and at times when, conditions are suitable.

Wedstrijd

Animals often compete with each other for:

Plants often compete with each other for:

  • Organisms have features (adaptations) which enable them to survive in the conditions in which they normally live
  • The organisms that are best adapted to make use of their resources in a habitat are more likely to survive and increase in numbers
  • Bijvoorbeeld:
    • To be able to obtain a certain food better.
    • To make it more difficult for predators to catch them.
    • To survive in extreme climates, eg arctic or deserts
      • Plants lose water vapour from the surface of their leaves.
      • It is essential that they have adaptations which minimise this.

      Extreme adaptations:

      • Extremophiles are organisms that live in extreme environments.
      • Some may be tolerant to high levels of salt, high temperatures or high pressures.
      • Animals and plants may be adapted to cope with specific features of their environment eg thorns, poisons and warning colours to deter predators.

      Extreme Animals

      • Animals may be adapted for survival in dry and arctic environments by means of:
        • changes to surface area
        • thickness of insulating coat
        • amount of body fat
        • Voorbeelden:
          • Camel
            • The camel can go without food and water for 3 to 4 days.
            • Fat stored in their humps provides long term food reserve, and a supply of metabolic water.
            • The fat is not distributed around the body this reduces insulation, allowing more heat loss.

            They are tall and thin, increasing their surface area to volume ration, increasing heat loss by radiation.

            • Polar Bear
              • Polar bear has thick fur and fat beneath its skin to insulate it.
              • Their large, furry feet help to distribute their weight as they walk on a thin ice.
              • They are white which camouflages them against the snow. This helps them to hunt.
              • They are compact in shape, reducing their surface area to volume ratio this reduces heat loss by radiation.

              Extreme Plants

              • Plants may be adapted to survive in dry environments by means of:
                • changes to surface area, particularly of the leaves
                • water-storage tissues
                • extensive root systems.
                • Desert plants
                • Eg the cactus, require very little water to survive
                • Leaves are spines.
                • Spines guard against most browsing herbivorous animals.
                • Spines also reduce their surface area, reducing water loss by evaporation
                • A thick waxy coating surrounds the plant to reduce evaporation.
                • Fewer ‘stomata’, reducing water loss

                Roots tend to spread sideways to catch rain water.

                • Arctic plants
                • Many of the plants are small, growing close to the ground and very close together to avoid the wind and conserve heat.
                • Some possess a light, fuzzy covering to insulate the buds so they can grow.
                • Many are dark colors of blue and purple to absorb the heat from the sunlight even during the winter months.
                • Because of the cold and short growing seasons, arctic plants grow very slowly.
                • Some grow for ten years before they produce any buds for reproduction.

                Micro-organismen

                • Microorganisms have adaptations that enable them to survive in different environments.
                • Slime capsule around some bacterial cell wall sticks them to surfaces and prevents them drying out.
                • Some have the ability to form spores to survive when conditions are harsh.
                • Some microorganisms have flagella which enable them to move around quickly.
                • Bacteria undergo rapid reproduction when conditions are favourable.
                • Some bacteria can survive extreme conditions:
                  • Temperatures as little as -15°C to as high as 121°C
                  • pH values 0.0 to 12.8
                  • High levels of pressure deep in the oceans
                  • High salt concentrations
                  • Very dry conditions.

                  Environmental change

                  • Changes in the environment affect the distribution of living organisms.
                  • For example, the changing distribution of some bird species and the disappearance of pollinating insects including bees.
                  • Animals and plants are subjected to environmental changes.
                  • Such changes may be caused by living or non-living factors.

                  Non-living (abiotic) factors:

                  • Voedsel
                  • Predation
                  • Grazing
                  • Ziekte
                  • Competition – for: food, light, water, space.

                  Living organisms can be used as indicators of pollution:

                  • Korstmossen are symbiotic associations of algae and fungi species that attach to tree trunks and rock.
                  • They are sensitive to changes in air quality.
                  • They are very sensitive to sulphur dioxide (SO2) pollution in the air.
                  • This is released from industry and burning fossil fuels, especially coal.
                  • Lichens absorb sulphur dioxide dissolved in water.
                  • It destroys the chlorophyll in the algae preventing it from photosynthesising and killing the lichen.
                  • Some species only grow in non-polluted air.
                  • Some species grow in polluted air.
                  • These lichens can be used as air pollution indicators.
                  • Invertebrate animals are sensitive to changes in the concentration of dissolved oxygen in water.
                  • Oxygen concentrations decrease when pollutants are released into rivers and lakes.
                  • Some invertebrates survive in low-oxygen concentrations.
                  • Some invertebrates can only survive in higher oxygen concentrations.
                  • These invertebrate animals can be used as water pollution indicators.

                  Non-living indicators.

                  • Environmental changes can be measured using non-living indicators.
                  • Bijvoorbeeld. oxygen levels, temperature and rainfall.

                  Scientists continually monitor these factors to show trends in environmental changes