Shutterstock
Tværsnit af Jordens lag

Forskere avslører mystisk tilstand i jordens kjerne

Klodens innerste ser helt annerledes ut enn vi trodde. Det mener forskerne som står bak en ny studie som også har overraskende informasjon om hva som gjemmer seg i det glovarme kammeret tusenvis av kilometer under føttene dine.

Dypt under den kjølige bakken finnes en skjult verden av mystiske kryp, bevegelige kontinentalplater, glovarme metaller og ekstreme trykkforskjeller.

Og i midten av alt sammen, om lag fem tusen kilometer under overflaten, ligger den innerste kjernen: en glødende, fast kule av jern og nikkel som har en diameter på utrolige 1300 kilometer.

Eller det var i hvert fall det forskerne trodde.

For nå avslører en ny studie utgitt i det vitenskapelige tidsskriftet Nature at den innerste kjernen av planeten vår kanskje rett og slett ikke er så fast som vi forestilte oss. Og at den snarere befinner seg i et sjeldent mellomstadium som verken er fast eller flytende – en såkalt superionisk tilstand.

BLI MED PÅ REISEN: Klodens indre skjuler en bløtkake av ytterligheter

Skorpen utgjør halvparten av jordens ytterste, stive lag. Den utgjør både kontinentene og havbunnen. Skorpen består ikke av de samme materialene som mantelen. Skorpen har for eksempel mye silisium, uran og kalium. Derfor er skorpen en mosaikk av bergarter som har gjennomgått en rekke geologiske prosesser.

Dybde: 0–75 km
Temperatur: 0–400 °C

NASA/Shutterstock/Oliver Larsen

Mantelen er et område av jordens indre med en noenlunde ensartet kjemisk sammensetning. Mantelen er området fra den nedre delen av litosfæren og helt ned til jordens ytre kjerne. I bunnen av mantelen er temperaturen om lag 4000 °C, og en del av varmen transporteres oppover. Ved overgangen til skorpen er temperaturen om lag 500 °C.

Dybde: 75–2900 km
Temperatur: 500–4000 °C

NASA/Shutterstock/Oliver Larsen

Den ytre kjernen er flytende og består av jern og av grunnstoffer som tiltrekkes av jern, for eksempel nikkel. Jordens magnetfelt genereres her, på grunn av strømninger i det flytende materialet. At den ytre kjernen er flytende, har geologene funnet ut ved hjelp av seismiske studier. At den består av jern, er beregnet ut fra det man vet om jordens totale masse.

Dybde: 2900–5000 km
Temperatur: 4000–4500 °C

NASA/Shutterstock/Oliver Larsen

Den indre kjernen består av jern og nikkel. Forskerne trodde tidligere den var fast, men nå viser en ny studie at materialet i det glovarme og ekstreme indre kanskje heller befinner seg i en tilstand som verken er fast eller flytende. Det er et sted midt mellom.

Dybde: 5000–6370 km
Temperatur: 4500–7000 °C

NASA/Shutterstock/Oliver Larsen

Bølger avslører kjernen

Forskerne bruker seismiske bølger fra jordskjelv til å undersøke hva som foregår flere tusen kilometer inne i jordens sentrum.

Bølgene beveger seg med ulike hastigheter gjennom ulike materialer. Den kunnskapen utnytter forskerne til å forsøke å avsløre den kjemiske sammensetningen i lagene.

Tidligere studier med seismiske bølger har flere ganger vist at det kan måles en spesiell type bølger, såkalte forskyvningsbølger, rundt kjernen. Og det indikerer at den har fast form.

Men bølgene beveger seg samtidig litt for sakte i forhold til det forskerne venter seg av en stor, fast jernkule på mer enn 1000 kilometer i diameter. Noe som antyder at kjernen også kan være myk.

Ekstreme forhold hersker i jordens indre

I den nye studien simulerte forskerne forholdene rundt kjernen for å jakte på en annen forklaring enn den vanlige teorien.

Ved hjelp av datasimuleringer undersøkte de samtidig hvordan forskyvningsbølgene ville bevege seg gjennom ulike kombinasjoner av grunnstoffer under de ekstreme forholdene – trykk og temperatur – som hersker 5000 kilometer under overflaten.

Og det ble klart at det også finnes en annen forklaring som passer bedre med dette at de seismiske bølgene beveger seg så sakte:

en tilstand der stoffene jern, karbon, hydrogen og oksygen går sammen og verken er flytende, faste eller i gassform. De er derimot superioniske.

Superionisk vann, eller såkalt svart is, skapes under ekstremt trykk og ekstrem temperatur. Vanligvis må vannet utsettes for et trykk på minimum 50 gigapascal. Men i oktober 2021 klarte amerikanske forskere å skape det spesielle vannet, i et ganske kort øyeblikk, med et trykk på bare 20 gigapascal. Her ser vi forskernes oppstilling i laboratoriet. De utsatte vannmolekyler for det enorme trykket ved hjelp av blant annet diamanter og en kraftig laserstråle.

Forskere angriper vannmolekyler med gigantisk laser

Den superioniske tilstanden kom for alvor i vitenskapens søkelys igjen da en gruppe forskere i oktober 2021 klarte å gjenskape den mystiske superioniske isen som kan befinne seg i kjernen av planeter som Uranus og Neptun – såkalt svart is.

Ved hjelp av en av verdens største lasere skjøt forskerne en sjokkbølge – varmere enn solens overflate – gjennom én enkelt dråpe vann og etterlignet dermed de ekstreme forholdene som hersker midt inne i jorden.

I laboratoriet kunne de i et kort øyeblikk registrere hvordan det ekstreme trykket og de høye temperaturene rev vannmolekylene fra hverandre og etterlot seg oksygenionene i fast form og hydrogenionene i en mer flytende form – en blandingstilstand.

På samme måte mener forskerne at jernatomene i en superionisk tilstand danner et stivt gitter som holder fast materialet, mens de lettere grunnstoffene, som karbon, hydrogen og oksygen, beveger seg gjennom gitteret i en tilstand som nesten er flytende.

Bilde av Uranus

Inne i planeter som for eksempel Uranus og Neptun kan vann opptre i en svart og ekstremt varm tilstand som er elektrisk ledende og superionisk.

© Shutterstock

Planeten vår skjuler de største hemmelighetene

Jordens innerste hemmeligheter er og blir et av vitenskapens helt store mysterier.

For selv om seismiske bølger kan antyde hva som skjuler seg tusenvis av kilometer under føttene våre, kan ikke forskerne være helt sikre. Ikke før vi kan bore oss hele veien ned.

Så siste ord er ikke sagt.

Så sent som i 2019 la et internasjonalt team av geologer for eksempel fram en teori om at de trege seismiske bølgene rundt kjernen måtte skyldes en glovarm form for «jernsnø» som faller fra en mer flytende del av kjernen og lander på den som er i fast form.