Vad innehåller jordens kärna?

(Dan Tri Newspaper) - Jordens fasta kärna består inte bara av järn, utan innehåller även kol, syre och kisel. Denna upptäckt öppnar dörren för att lösa århundraden gamla mysterier om hur kärnan bildar och upprätthåller sitt magnetfält som skyddar liv.

Jordens kärna kan inte bara bestå av järn; den verkar även innehålla kol. Ny forskning har visat att den även innehåller syre och kisel (foto: Getty Images).

Den järnrika kärnan i jordens centrum spelar en avgörande roll i planetens utveckling. Den driver inte bara magnetfältet – en sköld som skyddar atmosfären och haven från solstrålning – utan driver också plattektoniken och omformar ständigt kontinenterna.

Trots dess betydelse förblir många grundläggande egenskaper hos kärnan ett mysterium: hur varm är den egentligen, vad är den gjord av och när börjar den frysa? En nyligen genomförd upptäckt har fört forskare närmare svaret på alla tre frågorna.

Den inre kärnan uppskattas ha en temperatur på cirka 5 000 Kelvin (4 727 °C). Kärnan är initialt i flytande tillstånd, men kyls gradvis ner med tiden, kristalliseras till en fast komponent och expanderar utåt. Denna värmefrigöring skapar tektoniska plattflöden.

Kylning är också källan till jordens magnetfält. Mycket av dagens magnetiska energi upprätthålls genom frysning av den flytande yttre kärnan, vilket driver den fasta kärnan i dess centrum.

Men eftersom direkt åtkomst är omöjlig tvingas forskare förlita sig på uppskattningar för att förstå kärnans kylningsmekanismer och egenskaper. För att klargöra detta är den viktigaste faktorn att bestämma dess smältpunkt.

Tack vare seismologi – vetenskapen som studerar jordbävningsvågor – vet vi exakt var gränsen mellan den fasta och flytande kärnan ligger. Temperaturen vid denna gräns är också smältpunkten, startpunkten för frysning.

Om smältpunkten kunde bestämmas exakt skulle människor därför få en bättre förståelse för kärnans verkliga temperatur och dess inre kemiska sammansättning.

Mystisk kemi

Det finns två huvudsakliga metoder för att förstå jordens kärnas sammansättning: att studera meteoriter och att analysera seismiska data.

Meteoriter betraktas som "rester" av planeter som ännu inte har bildats eller fragment från kärnor av planeter som redan har förstörts. Deras kemiska sammansättning tyder på att jordens kärna huvudsakligen består av järn och nickel, möjligen med några procent kisel eller svavel. Dessa uppgifter är dock bara preliminära och inte tillräckligt detaljerade för att bekräfta något definitivt.

Samtidigt ger seismologi en mycket mer konkret bild. Seismiska vågor från jordbävningar, när de färdas genom jorden, ändrar hastighet beroende på vilken typ av material de passerar igenom. Genom att jämföra den tid det tar för vågorna att nå övervakningsstationer med experimentella resultat om överföringshastighet i mineraler och metaller kan forskare konstruera modeller av planetens inre struktur.

Resultaten visar att jordens kärna är cirka 10 % lättare än rent järn. Det är värt att notera att den yttre kärnan, som är i flytande tillstånd, är tätare än den inre, en paradox som bara kan förklaras av närvaron av vissa främmande element.

Men även efter att ha begränsat den möjliga sammansättningen förblir problemet olöst. Olika scenarier ger smälttemperaturer som varierar med hundratals grader Celsius, vilket gör det svårt att fastställa kärnans egenskaper med precision.

En ny begränsning

I ny forskning använde forskare mineralogi för att förstå hur jordens kärna började frysa – en mer specifik metod än både meteorologi och seismologi.

Simuleringar visar att när atomer i flytande metall kristalliseras till fasta ämnen, kräver varje legering en annan nivå av "underkylning", det vill säga att den sänks under sin smältpunkt. Ju starkare denna process är, desto lättare fryser vätskan.

Till exempel kan vatten i en frys förbli extremt kallt vid -5 °C i timmar innan det fryser, medan en droppe vatten i ett moln förvandlas till hagel på bara några minuter vid -30 °C.

Beräkningar visar att kärnans maximala underkylningstemperatur är ungefär 420 °C under dess smältpunkt. Om denna temperatur överskrids skulle den inre kärnan bli ovanligt stor jämfört med seismiska data. Samtidigt kräver rent järn 1 000 °C för att kristallisera, vilket är omöjligt eftersom hela kärnan då skulle ha stelnat.

Att tillsätta kisel eller svavel hjälper inte; det kan till och med kräva att kärnan underkyls ytterligare.

Först när kol tas med i beräkningen blir bilden begriplig. Om 2,4 % av kärnans massa består av kol, behövs cirka 420 °C för att frysa den inre kärnan; med 3,8 % kol sjunker detta till 266 °C. En mycket mer trolig siffra. Detta är det första beviset som tyder på att kol spelar en avgörande roll i kärnans kristallisationsprocessen.

Kärnan kan dock omöjligen bestå enbart av järn och kol, eftersom seismiska data tyder på närvaron av minst ett annat grundämne. Forskning tyder på möjligheten att kärnan också innehåller syre, eller till och med kisel.

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