Oude stenen als kompasnaalden: hoe wetenschappers de bewegingen van continenten reconstrueren

Magnetisme als tijdmachine voor geologische geschiedenis

Wetenschappers gebruiken magnetische gesteenten met een hoog ijzeroxidegehalte om de bewegingen van continenten door de tijd te reconstrueren. Kleine monsters van deze gesteenten bevatten magnetische korrels die hun oriëntatie behielden toen het gesteente stolde. Deze korrels gedragen zich als minuscule kompassen die naar de oude magnetische polen wijzen.

Dit principe geldt niet alleen voor aardse gesteenten, maar ook voor buitenaardse monsters zoals meteorieten en maanstenen. Deze bewaren sporen van de vroege evolutie van het zonnestelsel.

Uitdagingen bij traditionele meetmethoden

Traditionele bulkmonsters, vaak zo groot als een dop van een fles, bevatten een mix van betrouwbare en onbetrouwbare magnetische signalen. Dit leidt tot complexe data die moeilijk te interpreteren zijn. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, wenden onderzoekers zich tot magnetische microscopie.

Deze techniek maakt gebruik van geavanceerde apparatuur zoals een quantum diamond microscope (QDM) of een cryogene superconducting quantum interference device (SQUID) om magnetische velden in kaart te brengen op submillimeter- tot submicrometerschaal. Door dunne plakjes gesteente te analyseren, kunnen wetenschappers individuele magnetische deeltjes in hoge resolutie bestuderen. Dit maakt het mogelijk om oude magnetische velden met grotere precisie te reconstrueren en storingen van instabiele korrels te filteren.

Nieuwe inzichten in magnetische deeltjes

Ondanks de belofte van magnetische microscopie is het een relatief jong onderzoeksveld met eigen uitdagingen. Onderzoekers Bellon en collega’s combineerden QDM-waarnemingen met computermodellen om te analyseren hoe het stray field (het magnetische veld dat ontsnapt aan een deeltje) afneemt naarmate de afstand tot de bron groeit. Ze onderzochten specifiek hoe de interne magnetische structuur van een deeltje en externe meetruis de nauwkeurigheid van reconstructies beïnvloeden.

Uit het onderzoek bleek dat de kleinste en magnetisch meest stabiele ijzeroxidekorrels sterke signalen produceren dicht bij de bron, maar snel verzwakken met afstand. Grotere deeltjes daarentegen behouden hun signaal over grotere afstanden. Dit creëert een paradox: de meest stabiele korrels voor langetermijngegevens (de kleinste) zijn het moeilijkst te detecteren als de sensor niet perfect gepositioneerd is of als er sprake is van sensorstoring.

Een blauwdruk voor toekomstig onderzoek

Door meetfouten te kwantificeren, bieden de auteurs een leidraad voor het vakgebied micropaleomagnetisme. Hun bevindingen stellen onderzoekers in staat om onzekerheden beter te begrijpen en te integreren in reconstructies. Dit leidt tot robuustere modellen van de magnetische geschiedenis van de aarde en een dieper inzicht in de evolutie van planeten.

Deze doorbraak, gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Solid Earth, opent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van zowel aardse als buitenaardse magnetische geschiedenis.

Belangrijkste bevindingen op een rij

• Magnetische korrels in gesteenten fungeren als natuurlijke kompassen die oude magnetische polen aanwijzen.
• Traditionele bulkmonsters bevatten storingen, waardoor magnetische microscopie een betere alternatief is.
• Kleine magnetische deeltjes produceren sterke maar kortstondige signalen; grotere deeltjes zijn beter detecteerbaar op afstand.
• De studie biedt een methode om meetfouten te kwantificeren en de nauwkeurigheid van reconstructies te verbeteren.

"Deze bevindingen vormen een cruciale stap voorwaarts in het begrijpen van de magnetische geschiedenis van de aarde en andere planeten."