När en jordbävning får marken att skaka känns det som om hela planeten rör sig under fötterna. Jordens inre är samtidigt mycket mer skiktat än en enkel boll av sten, med en tunn skorpa, en het mantel och en metallisk kärna. Här får du en tydlig genomgång av lagren, deras sammansättning, djup och temperatur samt hur forskare kan veta vad som finns långt under ytan.
Jordklotet är en varm, skiktad planet i ständig rörelse
- Fyra huvudlager bygger upp jorden: skorpan, manteln, den yttre kärnan och den inre kärnan.
- Jordskorpan är tunnast under haven och tjockare under kontinenterna.
- Manteln är huvudsakligen fast, men kan långsamt deformeras och driva plattektoniken.
- Den yttre kärnan är flytande och består främst av järn och nickel.
- Seismiska vågor, gravitation, magnetfält och laboratorieförsök avslöjar planetens uppbyggnad.
Fyra lager från ytan till centrum
Jorden har en radie på ungefär 6 371 kilometer. Från ytan till mitten förändras både tryck, temperatur, densitet och materialens fysikaliska egenskaper. En schematisk bild brukar visa fyra huvudlager, även om geologer delar in dem i fler detaljerade zoner.
| Lager | Ungefärligt djup | Huvudsakligt material | Fysiskt tillstånd |
|---|---|---|---|
| Jordskorpan | 5-70 km | Silikatrika bergarter | Fast och spröd |
| Manteln | Från skorpan till cirka 2 900 km | Järn- och magnesiumrika silikater | Fast men långsamt formbar |
| Yttre kärnan | Cirka 2 900-5 150 km | Främst flytande järn och nickel | Flytande |
| Inre kärnan | Cirka 5 150-6 371 km | Främst järn och nickel | Fast |
Jordskorpan utgör bara en mycket liten del av planetens volym. Manteln står för omkring 84 procent av volymen, medan kärnan är betydligt mindre men mycket tätare. Det är en viktig detalj, eftersom jordens genomsnittliga densitet inte kan förklaras av de relativt lätta bergarter vi möter vid ytan.
Skorpan och manteln formar en rörlig yta
Två typer av jordskorpa
Den kontinentala skorpan är vanligtvis 30-70 kilometer tjock och består ofta av ljusa, relativt kiselrika bergarter. Den oceaniska skorpan är däremot bara ungefär 5-10 kilometer tjock och domineras av mörkare, tätare basaltiska bergarter. Det är därför havsbottnar kan sjunka under kontinenter i subduktionszoner.
Skorpan tillsammans med den allra översta, fasta delen av manteln bildar litosfären. Den är uppdelad i stora tektoniska plattor som rör sig några centimeter per år. Det låter obetydligt, men över miljontals år räcker rörelsen för att bygga berg, öppna oceaner och utlösa kraftiga jordbävningar.
Manteln är inte ett underjordiskt magmahav
Det vanligaste missförståndet är att hela manteln skulle vara flytande. I själva verket består den huvudsakligen av fast berg, framför allt silikatmineral rika på magnesium och järn. Silikater är mineral där syre binds till bland annat kisel.
Under mycket högt tryck kan manteln ändå röra sig långsamt, ungefär som ett extremt trögt material. Den här långsamma deformationen kallas ofta mantelkonvektion. Smält berg, alltså magma, finns främst i begränsade områden där temperaturen, trycket och den kemiska sammansättningen gör att berg delvis smälter.
Jag tycker att skillnaden mellan fast och rörlig är särskilt värd att komma ihåg. En sten kan vara fast i vardaglig mening men ändå förändras över geologisk tid, på samma sätt som en mycket seg massa långsamt flyter när den belastas under miljontals år.
Kärnan skapar jordens magnetiska skydd
Den yttre kärnan börjar på ungefär 2 900 kilometers djup. Där övergår den steniga manteln till en metallisk zon som huvudsakligen består av flytande järn och nickel, med mindre mängder lättare grundämnen som svavel, syre eller kisel.
Rörelserna i den flytande metallen skapar jordens magnetfält genom en process som kallas geodynamon. Värme och materialflöden sätter den elektriskt ledande vätskan i rörelse, medan jordens rotation hjälper till att organisera flödena. Magnetfältet skyddar atmosfären och livet på ytan mot en stor del av solvinden.
Den inre kärnan har ungefär 1 220 kilometers radie. Temperaturen kan ligga kring 5 000-6 000 grader Celsius, men det enorma trycket gör att järnet ändå är fast. Det är alltså inte lägre temperatur som håller kärnan solid, utan trycket som höjer smältpunkten.
Temperaturen där nere är jämförbar med temperaturen på solens synliga yta, men miljöerna är helt olika. Solen består av plasma och hålls samman av sin gravitation, medan jordens kärna domineras av metall under ett extremt tryck.
Så vet forskare vad som finns där nere
Människan har aldrig borrat i närheten av manteln eller kärnan. I stället fungerar jordbävningar som naturliga experiment. När en jordbävning inträffar skickas vibrationer genom planeten, och deras hastighet samt riktning förändras när de passerar mellan olika material.
P-vågor och S-vågor avslöjar tillståndet
P-vågor är kompressionsvågor som kan färdas genom både fasta och flytande material. S-vågor skakar materialet i sidled och kan bara färdas genom fasta ämnen. När forskare ser att S-vågor inte passerar genom den yttre kärnan är det ett starkt bevis för att den är flytande.
Även P-vågornas hastighet minskar kraftigt när de går från manteln in i kärnan. På andra sidan den yttre kärnan förändras vågmönstret igen, vilket visar att den inre kärnan har andra egenskaper och är fast. Det är seismologins version av att lysa med en ficklampa genom en vägg, fast signalen här är mycket mer indirekt.
Forskare kombinerar också seismiska data med planetens gravitation, tröghetsmoment, magnetfält och värmeflöde. SGU beskriver dessutom hur laboratorieförsök vid högt tryck och hög temperatur hjälper till att jämföra mineralens egenskaper med de signaler som kommer från jordens djup.
Läs också: Norrsken Luleå - Din guide till att se norrskenet bäst
Varför sammansättningen inte är helt säker
Vi vet ganska väl var gränserna mellan lagren ligger, men den exakta kemiska blandningen är svårare att fastställa. Ingen kan ta ett prov från kärnan, så modellerna bygger på flera ledtrådar, bland annat järnrika meteoriter, experiment med mineral och hur seismiska vågor rör sig.
USGS sammanfattar kärnan som huvudsakligen järn med nickel och lättare ämnen i mindre mängder. Exakta halter är fortfarande föremål för forskning, särskilt eftersom trycket och temperaturen i kärnan inte kan återskapas fullständigt i ett laboratorium.
Värmen från djupet märks på ytan
Jordens inre är fortfarande varmt efter planetens bildning för omkring 4,5 miljarder år sedan. En annan viktig värmekälla är radioaktivt sönderfall i jordskorpan och manteln. Värmen transporteras långsamt mot ytan genom ledning, rörelser i manteln och magmatisk aktivitet.
Det är den här energin som gör plattektoniken möjlig. När plattor glider isär kan ny oceanisk skorpa bildas. När de pressas ihop uppstår bergskedjor och subduktionszoner, och där plattor hakar i varandra kan spänningar frigöras som jordbävningar.
Vulkaner visar att material från djupet ibland når ytan, men de ger inte en direkt bild av hela manteln. Magman kommer ofta från relativt grunda eller lokalt uppsmälta områden. Jag skulle därför vara försiktig med påståendet att ett vulkanutbrott är ett prov från jordens centrum. Det är snarare ett begränsat prov från planetens aktiva skal.
Geotermisk energi använder samma värmeflöde i praktisk skala. I Sverige är möjligheterna bäst där berggrunden, temperaturen och grundvattnets rörelser passar ihop. SGU pekar bland annat på geotermiskt intressanta områden i Skåne och på Gotland, men förutsättningarna varierar mycket mellan olika platser.
Det viktigaste att bära med sig från jordens djup
Det räcker att minnas fyra saker för att förstå grundbilden. Skorpan är tunn och spröd, manteln är het men mestadels fast, den yttre kärnan är flytande och den inre kärnan är fast på grund av det höga trycket.
Det mest fascinerande är kanske inte att planeten har lager, utan att lagren samverkar. Värme från djupet driver långsamma rörelser, rörelserna formar kontinenter och hav, och den flytande metallkärnan skapar magnetfältet som hjälper till att skydda livet vid ytan.
