Hva inneholder jordens kjerne?

(Dan Tri) – Jordens solide kjerne er ikke bare laget av jern, men inneholder også karbon, oksygen og silisium. Denne oppdagelsen åpner opp løsningen på det århundregamle mysteriet om hvordan kjernen danner og opprettholder magnetfeltet som beskytter liv.

Jordens kjerne består kanskje ikke bare av jern, men den ser ut til å inneholde karbon også. Ny forskning har funnet at den også inneholder oksygen og silisium (foto: Getty Images).

Den jernrike kjernen i jordens sentrum spiller en nøkkelrolle i planetens utvikling. Den driver ikke bare magnetfeltet – skjoldet som beskytter atmosfæren og havene mot solstråling – men driver også platetektonikk, som stadig omformer kontinentene.

Til tross for dens betydning, forblir mange grunnleggende egenskaper ved kjernen et mysterium: hvor varm er den, hva er den laget av, og når begynte den å fryse? En nylig oppdagelse bringer forskere nærmere svaret på alle tre spørsmålene.

Temperaturen i den indre kjernen er anslått til å være rundt 5000 Kelvin (4727 °C). Kjernen er i utgangspunktet flytende, men avkjøles over tid, krystalliserer sitt faste indre og utvider seg utover. Denne varmeutløsningen skaper platetektoniske strømmer.

Avkjølingen er også kilden til jordens magnetfelt. Mye av den magnetiske energien i dag opprettholdes av frysingen av den flytende ytre kjernen, som driver den faste sentrale kjernen.

Uten direkte tilgang er imidlertid forskere tvunget til å stole på estimater for å forstå kjølemekanismen og egenskapene til kjernen. For å avklare dette er den viktigste faktoren å bestemme smeltetemperaturen.

Takket være seismologi – studiet av jordskjelvbølger – vet vi nøyaktig hvor grensen mellom den faste og flytende kjernen ligger. Temperaturen ved denne grensen er også smeltepunktet, punktet der frysingen begynner.

Derfor, hvis smeltetemperaturen kan bestemmes nøyaktig, vil folk ha en bedre forståelse av den sanne temperaturen i kjernen og den kjemiske sammensetningen inni den.

Mystisk kjemi

Det finnes to hovedtilnærminger for å forstå sammensetningen av jordens kjerne: å studere meteoritter og å analysere seismiske data.

Meteoritter regnes som «restene» av planeter som ennå ikke har dannet seg, eller fragmenter fra kjernene til ødelagte planeter. Deres kjemiske sammensetning antyder at jordens kjerne hovedsakelig består av jern og nikkel, muligens blandet med noen få prosent silisium eller svovel. Disse dataene er imidlertid bare foreløpige og ikke detaljerte nok til å være definitive.

Seismologi, derimot, gir et mye mer detaljert bilde. Seismiske bølger fra jordskjelv beveger seg gjennom jorden med ulik hastighet avhengig av materialet de passerer gjennom. Ved å sammenligne bølgenes ankomsttider på målestasjoner med eksperimentelle resultater av bevegelseshastigheten i mineraler og metaller, kan forskere bygge modeller av planetens indre.

Resultatene viste at jordens kjerne er omtrent 10 % lettere enn rent jern. Spesielt den flytende ytre kjernen er tettere enn den faste indre kjernen – et paradoks som bare kan forklares med tilstedeværelsen av noen mindre grunnstoffer.

Men selv med et snevrere utvalg av mulige sammensetninger, forblir gåten uløst. Ulike scenarier gir smeltetemperaturer som varierer med hundrevis av grader Celsius, noe som gjør det utfordrende å finne de nøyaktige kjerneegenskapene.

En ny restriksjon

I den nye studien brukte forskere mineralfysikk for å forstå hvordan jordens kjerne begynte å fryse – en mer spesifikk tilnærming enn både meteorologi og seismologi.

Simuleringer viser at når atomene i et flytende metall krystalliserer til et fast stoff, krever hver legering et ulikt nivå av «superkjøling», eller senking under smeltepunktet. Jo mer intens prosessen er, desto mer sannsynlig er det at væsken vil fryse.

For eksempel kan vann i en fryser bli underkjølt til -5 °C i flere timer før det fryser, mens vanndråper i skyer kan bli til hagl etter bare noen få minutter ved -30 °C.

Beregninger tyder på at kjernens maksimale underkjøling er omtrent 420 °C under smeltepunktet. Hvis dette ble overskredet, ville den indre kjernen være uvanlig stor sammenlignet med seismiske data. Samtidig ville rent jern trenge 1000 °C for å krystallisere, noe som er umulig fordi hele kjernen ville ha størknet.

Å tilsette silisium eller svovel hjelper heller ikke, og kan til og med underkjøle kjernen ytterligere.

Først når karbon tas i betraktning, gir bildet mening. Hvis 2,4 % av kjernemassen er karbon, ville det ta omtrent 420 °C å fryse den indre kjernen; med 3,8 % karbon faller det til 266 °C. Et mye mer plausibelt tall. Dette er det første beviset på at karbon spiller en betydelig rolle i krystalliseringen av kjernen.

Kjernen kan imidlertid ikke bare bestå av jern og karbon, ettersom seismiske data krever minst ett annet grunnstoff. Forskning tyder på at kjernen også kan inneholde oksygen, og til og med silisium.

Kilde: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm