Jordens inre kärna: struktur, sammansättning och temperatur

Upptäck jordens inre kärna: struktur, järn-nickelsammansättning, extrema tryck och temperatur (~5700 K), seismologiska bevis och historien bakom dess upptäckt.

Den inre kärnan är jordens centrum och den hetaste delen av planeten. Den är i huvudsak en solid kula med en radie på cirka 1 220 km, enligt seismologiska studier. Man tror att den till största delen består av en järn-nickellegering och att den har ungefär samma temperatur som solens yta: cirka 5 700 K (≈5 400 °C). Det är högt tryck i kärnan som gör att metallen är fast trots de höga temperaturerna.

Struktur och skiljelinje mot yttre kärnan

Jordens inre kärna ligger i centrum och omges av den flytande yttre kärnan. Den yttre kärnan är flytande eftersom trycket där är något lägre än i den inre kärnan samtidigt som temperaturen överstiger järnets smältpunkt vid dessa tryck. Gränsen mellan inre och yttre kärnan kallas inner core boundary och skiljer ett fast inre från en flytande yttre del.

Sammansättning

Seismiska data och laboratoriestudier pekar på att inre kärnan i huvudsak består av järn med en betydande andel nickel samt spår av lättare grundämnen (t.ex. svavel, kisel eller syre). Exakt andel och vilka lätta element som finns kvarstår som ett aktivt forskningsområde. Densiteten i inre kärnan är mycket hög – uppskattningar ligger kring 12–13 g/cm³ – vilket är en viktig ledtråd till dess sammansättning.

Temperatur och tryck

Temperaturen i den inre kärnan beräknas till ungefär 5 000–7 000 K, där ett ofta citerat värde är ≈5 700 K (≈5 400 °C). Det extrema trycket i jordens inre kärna anges ofta som cirka 3 500 000 atmosfärer, vilket motsvarar ungefär 330–360 gigapascal (GPa). Under sådana tryck stiger järnets smältpunkt kraftigt, vilket gör att järnet kan vara fast även vid mycket höga temperaturer.

Upptäckt och seismologiska bevis

Den inre kärnan upptäcktes genom seismologi av Inge Lehmann, som i en banbrytande studie publicerad 1936 noterade att vissa seismiska vågor som registrerats efter en jordbävning inte passade med modellen för en helt flytande kärna. Lehmann analyserade bland annat data från en större jordbävning, bland dem händelser nära Nya Zeeland. En jordbävning ger upphov till primära (P-) och sekundära (S-) vågor som färdas genom jorden; förändringar i deras hastighet och riktning visade att det i centrum finns ett fast inre område. Senare, under 1960–1970‑talen och framåt, bekräftade högupplösta seismiska undersökningar och tomografiska metoder detaljerna om den inre kärnans storlek och egenskaper.

Fysikaliska egenskaper och dynamik

• Anisotropi: Seismiska vågor färdas något snabbare när de går genom inre kärnan i nord-sydlig riktning än i öst-västlig riktning. Detta antyder att järnkristaller i inre kärnan är delvis orienterade, troligen i linje med jordrotationen.
• Tillväxt: Inre kärnan bildas gradvis genom kristallisation av den yttre kärnan när jorden svalnar. Tillväxttakten är mycket långsam — uppskattningsvis några tiondelar av en millimeter per år — men över geologisk tid blir den betydande.
• Rotation: Vissa seismiska studier tyder på att den inre kärnan kan rotera något annorlunda än manteln och jordskorpan (s.k. differentialrotation), men detaljerna är fortfarande föremål för diskussion.

Betydelse för jordens magnetfält

Kristallisationen av inre kärnan spelar en viktig roll för den geodynamiska process som upprätthåller jordens magnetfält. När inre kärnan växer frigörs latent värme och lätta element till den yttre kärnan. Dessa processer driver konvektion i den flytande yttre kärnan, vilket tillsammans med jordens rotation och elektriskt ledande vätska genererar det magnetfält som skyddar planeten mot solvind och kosmisk strålning.

Hur vi studerar kärnan

Eftersom ingen direkt provtagning är möjlig används framför allt seismologi för att bestämma struktur och egenskaper. Dessutom görs experiment i laboratorier med extremt högt tryck (t.ex. diamantstäd och stötvågsexperiment) och teoretiska beräkningar (t.ex. ab initio‑beräkningar) för att förstå hur järn och legeringar beter sig under kärnans förhållanden.

Sammanfattningsvis: den inre kärnan är en solid, järn‑ och nickelrik kula i jordens mitt, med extremt hög temperatur och tryck. Genom seismologi och experimentell forskning har vi kunnat bestämma dess storlek, ungefärliga sammansättning och dess viktiga roll för planetens magnetfält och termiska utveckling.

Frågor och svar

F: Vad är den inre kärnan?

F: Vad är temperaturen i den inre kärnan?

Fråga: Vad är den inre kärnans radie?

F: Vad tror man att den inre kärnan består av?

F: Vem upptäckte den inre kärnan och hur?

F: När bevisades slutligen att den inre kärnan existerar?

Fråga: Vilket tryck råder i jordens inre kärna?

Sök med bokstav