1.2 Jordens indre oppbygging

En reise du aldri kan ta

Det dypeste hullet mennesker noen gang har boret, Kolahullet i Russland, nådde litt over 12 kilometer ned. Det høres dypt ut -- helt til du innser at jordens radius er 6371 kilometer. Vi har altså bare ripet i overflaten, som å stikke en nål en brøkdel av en millimeter inn i et eple.

Likevel vet vi forbløffende mye om hva som finnes der nede. Hvordan er det mulig? Svaret er at vi ikke trenger å reise dit selv -- vi lar naturen sende informasjon opp til oss. De viktigste budbringerne er seismiske bølger: energibølger som forplanter seg gjennom jorden etter jordskjelv eller eksplosjoner.

Det finnes to hovedtyper. P-bølger er trykkbølger; de går raskest og kan bevege seg gjennom alle materialer, både faste, flytende og gass. S-bølger er skjærbølger; de går saktere og -- dette er nøkkelen -- kan bare bevege seg gjennom faste stoffer. Når bølgene passerer gjennom ulike materialer, endrer de hastighet og retning. Ved å måle når og hvor bølgene kommer fram på overflaten, kan forskere lese jordens indre som en gigantisk røntgen.

Detektivarbeid og skyggesoner

Seismiske bølger er ikke vårt eneste verktøy. Gravitasjonsmålinger viser at jorden er mye tettere enn overflatebergartene tilsier, noe som peker mot en svært tung kjerne. Jordens magnetfelt krever en flytende, elektrisk ledende ytre kjerne for å kunne oppstå. Og meteoritter -- restene fra solsystemets fødsel -- gir oss hint om hvilke grunnstoffer jorden opprinnelig var bygget av.

Men den mest elegante ledetråden er likevel skyggesonene. Når et jordskjelv inntreffer, sendes P- og S-bølger ut i alle retninger. Hvis du måler dem rundt hele kloden, oppdager du noe merkelig. S-bølgene forsvinner helt på motsatt side av jorden fra skjelvet. Og P-bølgene mangler i en sone mellom 105 og 140 grader fra episenteret -- en «skyggesone».

Hva betyr dette? Siden S-bølger ikke kan gå gjennom væske, beviser fraværet av dem at det må finnes et flytende lag inne i jorden: den ytre kjernen. Og P-bølgenes skyggesone oppstår fordi bølgene bøyes av, altså refrakteres, når de treffer den flytende kjernen. På denne måten har vi «sett» den flytende ytre kjernen uten å reise en eneste meter.

Lag på lag, fra skorpe til kjerne

Med alle disse ledetrådene kan vi tegne et bilde av jordens indre som en serie skall. Ytterst ligger jordskorpen, den tynneste delen. Den finnes i to varianter. Den oseaniske skorpen er bare 5--10 km tykk, bygd av basalt med en tetthet rundt 3,0 g/cm³. Den kontinentale skorpen er mye tykkere, 30--70 km, bygd av lettere granitt med tetthet rundt 2,7 g/cm³. At kontinentene er lettere, er nettopp grunnen til at de stikker opp over havet.

Under skorpen kommer mantelen, som alene utgjør hele 84 % av jordens volum. Den øvre mantelen, fra cirka 100 til 400 km dyp, er delvis smeltet og plastisk -- dette laget kalles astenosfæren. Den nedre mantelen, fra 400 til 2900 km, er fast, men kan likevel flyte umerkelig sakte over millioner av år.

Lengst inne ligger kjernen. Den ytre kjernen (2900--5100 km) er flytende jern og nikkel, og det er strømmene her som skaper magnetfeltet. Den indre kjernen (5100--6371 km) er fast jern og nikkel, med en temperatur på rundt 5500 grader.

Her er det viktig å skille mellom to begrepspar. Litosfæren er det stive ytre laget som omfatter skorpen og den aller øverste mantelen, til sammen rundt 100 km tykt. Astenosfæren er det plastiske laget rett under, der bergartene kan flyte sakte. Det er denne kombinasjonen -- stive litosfæreplater som «flyter» oppå den mykere astenosfæren -- som gjør platetektonikk mulig.

Hett og under enormt trykk

Jo dypere du kommer, desto varmere blir det. Denne økningen kaller vi den geotermiske gradienten. I skorpen stiger temperaturen med rundt 25--30 grader per kilometer. Lenger ned avtar gradienten, men varmen fortsetter å øke helt til kjernens cirka 5500 grader.

Samtidig vokser trykket dramatisk, rett og slett fordi vekten av alle de overliggende lagene presser ned. I kjernen når trykket rundt 360 GPa -- omtrent 3,6 millioner ganger lufttrykket ved havoverflaten. Dette skaper et tilsynelatende paradoks: hvordan kan den indre kjernen være fast når den er enda varmere enn den flytende ytre kjernen? Svaret er nettopp det enorme trykket. Det presser atomene så tett sammen at jernet holder seg fast på tross av den ekstreme temperaturen.

Oppsummering

Vi har «reist» til jordens sentrum uten å bevege oss en meter. Seismiske bølger -- raske P-bølger som går gjennom alt, og S-bølger som bare går gjennom faste stoffer -- avslører jordens indre. Skyggesonene der S-bølgene forsvinner, beviser at den ytre kjernen er flytende, og magnetfeltet bekrefter at den må være flytende og ledende.

Jorden er bygd opp i lag: tynn skorpe (oseanisk basalt eller tykkere kontinental granitt), en massiv mantel på 84 % av volumet, og en kjerne med flytende ytre og fast indre del. Begrepene litosfære (stivt ytre lag) og astenosfære (plastisk lag under) er nøkkelen til platetektonikk. Til slutt så vi at temperaturen øker med dybden langs den geotermiske gradienten, og at det enorme trykket holder den indre kjernen fast selv om den er glohet.