Vad innehåller jordens kärna?

(Dan Tri) - Jordens fasta kärna består inte bara av järn, utan innehåller även kol, syre och kisel. Denna upptäckt öppnar upp lösningen på det århundraden gamla mysteriet om hur kärnan bildar och upprätthåller det magnetfält som skyddar liv.

Jordens kärna kanske inte bara består av järn, men 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 nyckelroll i planetens utveckling. Den driver inte bara magnetfältet – skölden 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, vad är den gjord av och när började den frysa? En nyligen genomförd upptäckt för forskare närmare svaret på alla tre frågor.

Temperaturen i den inre kärnan uppskattas till cirka 5 000 Kelvin (4 727 °C). Kärnan är initialt flytande, men kyls med tiden, vilket kristalliserar sitt fasta inre och expanderar utåt. Denna frigöring av värme skapar plattektoniska strömmar.

Kylningen är också källan till jordens magnetfält. Mycket av den magnetiska energin idag upprätthålls genom frysning av den flytande yttre kärnan, som driver den fasta centrala kärnan.

Utan direkt tillgång tvingas dock forskare förlita sig på uppskattningar för att förstå kärnans kylningsmekanism och egenskaper. För att förtydliga detta är den viktigaste faktorn att bestämma dess smälttemperatur.

Tack vare seismologi – läran om jordbävningar – vet vi exakt var gränsen mellan den fasta och flytande kärnan ligger. Temperaturen vid denna gräns är också smältpunkten, den punkt där frysningen börjar.

Om smälttemperaturen kan bestämmas exakt får man därför en bättre förståelse för kärnans verkliga temperatur och den kemiska sammansättningen inuti.

Mystisk kemi

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

Meteoriter anses vara "rester" av planeter som ännu inte har bildats eller fragment från kärnor av förstörda planeter. Deras kemiska sammansättning tyder på att jordens kärna huvudsakligen består av järn och nickel, möjligen blandat med några procent kisel eller svavel. Dessa data är dock bara preliminära och inte tillräckligt detaljerade för att vara definitiva.

Seismologi, å andra sidan, erbjuder en mycket mer detaljerad bild. Seismiska vågor från jordbävningar färdas genom jorden med olika hastigheter beroende på vilket material de passerar igenom. Genom att jämföra vågornas ankomsttider vid mätstationer med experimentella resultat av mineralers och metallers färdhastighet kan forskare bygga modeller av planetens inre.

Resultaten visade att jordens kärna är cirka 10 % lättare än rent järn. I synnerhet är den flytande yttre kärnan tätare än den fasta inre kärnan – en paradox som bara kan förklaras av närvaron av några mindre grundämnen.

Men även med det begränsade utbudet av möjliga sammansättningar förblir gåtan olöst. Olika scenarier ger smälttemperaturer som skiljer sig åt med hundratals grader Celsius, vilket gör det svårt att fastställa de exakta kärnegenskaperna.

En ny begränsning

I den nya studien använde forskare mineralfysik för att förstå hur jordens kärna började frysa – en mer specifik metod än både meteorologi och seismologi.

Simuleringar visar att när atomerna i en flytande metall kristalliseras till ett fast ämne, kräver varje legering en annan nivå av "underkylning", det vill säga att den sänks under sin smältpunkt. Ju mer intensiv processen är, desto mer sannolikt är det att vätskan fryser.

Till exempel kan vatten i en frys kylas ner till -5 °C i timmar innan det fryser, medan vattendroppar i moln kan förvandlas till hagel efter bara några minuter vid -30 °C.

Beräkningar tyder på att kärnans maximala underkylning är cirka 420 °C under dess smältpunkt. Om den överskrids skulle den inre kärnan vara ovanligt stor jämfört med seismiska data. Samtidigt skulle rent järn behöva 1 000 °C för att kristallisera, vilket är omöjligt eftersom hela kärnan skulle ha stelnat.

Att tillsätta kisel eller svavel hjälper inte heller, och kan till och med underkyla kärnan ytterligare.

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

Kärnan kan dock inte bestå av bara järn och kol, eftersom seismiska data kräver minst ett annat grundämne. Forskning tyder på att kärnan också kan innehålla syre och till och med kisel.

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