Hur skapades jorden? Från stoft till planet och måne

Hur skapades jorden? Den korta förklaringen är att planeten växte fram ur gas och stoft runt den unga solen för ungefär 4,54 miljarder år sedan. Processen var våldsam: små partiklar klumpade ihop sig, större himlakroppar kolliderade och en glödhet planet utvecklade så småningom en fast yta, atmosfär och hav.

Allt började i en skiva runt den unga solen

För omkring 4,6 miljarder år sedan började ett kallt molekylmoln i Vintergatan dras samman av sin egen gravitation. Molnet innehöll framför allt väte och helium, men också tyngre ämnen som hade skapats i äldre stjärnor. Det är just dessa ämnen som senare blev byggmaterialet till stenplaneterna.

När molnet kollapsade började det rotera snabbare och plattades ut till en protoplanetär skiva. I mitten samlades så mycket material att solen tändes. Runt den unga solen fanns en virvlande blandning av damm, is och sten. Jag tycker att den bilden är viktig, eftersom jorden inte skapades isolerat. Den växte fram som en del av samma system som solen, månen och de övriga planeterna.

Nära solen var temperaturen för hög för att vattenis och andra flyktiga ämnen skulle kunna stanna kvar. Därför bildades de inre planeterna främst av metall och silikatsten, medan isrika ämnen kunde bevaras längre ut i solsystemet.

Så växte små korn till en planet

De första stoftkornen fastnade i varandra genom svaga krafter och bildade större klumpar. Med tiden uppstod kilometerstora planetesimaler, alltså kroppar som var tillräckligt stora för att deras gravitation skulle påverka omgivningen.

Planetesimalerna kolliderade sedan och växte till ännu större kroppar som kallas protoplaneter. Varje kollision tillförde massa, men också värme. När den unga jorden blev större ökade energin från sammanstötningarna, samtidigt som radioaktiva ämnen i dess inre bidrog till uppvärmningen.

Jorden blev därför inte färdig på några dagar eller ens några tusen år. Den huvudsakliga tillväxten skedde under tiotals miljoner år, medan de sista stora kollisionerna formade planetens slutliga storlek och bana. Det är lätt att föreställa sig planetbildning som att damm långsamt lägger sig i ett lager, men verkligheten liknade mer ett kaotiskt kosmiskt biljardspel.

Läs också: Solens rotation - Varför snurrar den ojämnt?

Varför blev jorden en stenplanet?

Avståndet till solen spelade stor roll. I den varmare delen av skivan kunde främst ämnen med höga smält- och kokpunkter överleva som fasta partiklar. Det gav jorden och dess grannplaneter en sammansättning dominerad av järn, nickel, syre, kisel och magnesium.

Det betyder inte att jorden saknade vatten eller kol från början. En del kan ha funnits i de ursprungliga byggstenarna, och ytterligare material kan ha kommit från asteroider under planetens tidiga historia. Exakt hur mycket som kom när och varifrån är fortfarande en aktiv forskningsfråga.

En glödhet ung jord fick sina lager

Den tidiga jorden var sannolikt så varm att stora delar av ytan bestod av magma. När planeten svalnade började ämnen med olika densitet separeras. Järn och nickel sjönk mot centrum och bildade kärnan, medan lättare silikater stannade högre upp och blev mantel och skorpa.

Denna process kallas differentiering. Den förklarar varför jorden inte är en jämnt blandad stenklump, utan har en fast inre kärna, en flytande yttre kärna, en tjock mantel och en tunn skorpa.

Den flytande yttre kärnan är särskilt betydelsefull. Rörelser i den metalliska vätskan driver jordens magnetfält, som hjälper till att skydda atmosfären mot solvinden. Jag brukar se magnetfältet som en av de stora följderna av jordens våldsamma början, inte som en separat detalj i historien.

När ytan till slut svalnade bildades den första skorpan. Vulkaner släppte ut gaser som vattenånga, koldioxid och kväve, vilket bidrog till en tidig atmosfär. Den atmosfären var inte lik dagens luft, men den blev grunden för den långsamma utvecklingen mot ett stabilare klimat.

Månen och vattnet förändrade jordens historia

Den ledande teorin säger att den unga jorden träffades av en Mars-liknande kropp som ofta kallas Theia. Kollisionen kastade ut stora mängder smält och förångat material i omloppsbana. Det materialet samlades senare och bildade månen.

Teorin stöds bland annat av månens låga järnhalt och av att jordiska och månens bergarter har mycket liknande isotopsammansättningar. Detaljerna är däremot inte helt avgjorda. Nya datormodeller undersöker flera möjliga kollisioner, vinklar och mängder av material.

Vattenfrågan är mer komplicerad än den ofta framställs. En del vatten kan ha funnits i jordens ursprungliga byggmaterial, medan annat kan ha tillförts av vattenrika asteroider. Ingen enskild källa förklarar säkert allt vatten, och forskare jämför därför isotoper i jordens hav med material från meteoriter och kometer.

När temperaturen sjönk kunde vattenånga kondensera till regn och hav. Det tog lång tid, men resultatet blev en planet där flytande vatten kunde finnas stabilt på ytan. Därmed skapades också några av de viktigaste förutsättningarna för liv.

Hur vet vi vad som hände för miljarder år sedan?

Jordens tidigaste bergarter har till stor del förstörts eller omvandlats av plattektonik. Därför använder forskare flera oberoende ledtrådar i stället för att leta efter ett enda perfekt prov. Den mest träffsäkra åldern för jorden, omkring 4,54 miljarder år, bygger framför allt på isotopmätningar av meteoriter och material från solsystemets tidiga historia.

Det är också viktigt att skilja mellan vad forskare vet säkert och vad som fortfarande är en modell. Att jorden bildades genom ackretion i solnebulosan är mycket väl etablerat. Däremot diskuteras fortfarande detaljer som exakt när månen bildades, hur vatten levererades och hur snabbt den första atmosfären utvecklades.

Det är enligt min mening en styrka, inte en svaghet. Vetenskapliga teorier blir bättre när nya prover, teleskopdata och simuleringar kan pröva gamla förklaringar.

Det viktigaste att ta med från jordens början

Jorden skapades inte genom en enda händelse, utan genom en kedja av processer. Ett roterande moln blev en skiva runt solen, stoft växte till planetesimaler, kollisioner byggde planeten och värmen separerade den i kärna, mantel och skorpa.

Den unga jorden var länge en mycket ogästvänlig plats. Ändå ledde kombinationen av rätt avstånd från solen, flytande vatten, en stabil skorpa och ett skyddande magnetfält till en planet där liv kunde utvecklas.

När jag ser upp mot himlen är det kanske den mest fascinerande slutsatsen: jorden är både resultatet av universella fysikaliska processer och ett ovanligt komplext slutresultat av miljarder år av förändring.