Dybt under Jordens kølige ydre findes en skjult verden af mystiske kryb, skøjtende kontinentalplader, glohede metaller og ekstreme trykforskelle.
Og i midten af det hele. Cirka 5000 kilometer under overfladen ligger den inderste kerne. Som en solid, glødende bold af jern og nikkel, der strækker sig over mere end 1300 kilometer i diameter.
Eller det troede forskerne i hvert fald.
For nu afslører en ny undersøgelse udgivet i det videnskabelige tidsskrift Nature, at den inderste kerne af vores planet måske slet ikke er så solid, som vi forestillede os. Og at den nærmere befinder sig i et sjældent mellemstadie, der hverken er fast eller flydende - en såkaldt superionisk tilstand.
TAG MED PÅ REJSEN: Klodens indre gemmer på en lagkage af ekstremer
Skorpen udgør halvdelen af Jordens yderste, stive lag. Den udgør både kontinenterne og havbunden. Skorpens materialer er forskellige fra den underliggende kappe. I skorpen er materialerne beriget med fx silicium, uran og kalium. Derfor er skorpen en mosaik af bjergarter, der har gennemgået en række geologiske processer.
Dybde: 0-75 km
Temperatur: 0-400 °C
Kappen er et område af Jordens indre med en nogenlunde ensartet kemisk sammensætning. Kappen dækker således området fra den nedre del af litosfæren og helt ned til Jordens ydre kerne. I bunden af kappen er temperaturen ca. 4.000 °C, og en del af varmen transporteres opad. Ved overgangen til skorpen er temperaturen ca. 500 °C.
Dybde: 75-2.900 km
Temperatur: 500-4.000 °C
Den ydre kerne er flydende og består af jern og af grundstoffer, som tiltrækkes af jern, fx nikkel. Jordens magnetfelt genereres her pga. trømningerne i det flydende materiale. At den ydre kerne er flydende, har geologerne beregnet ud fra seismiske undersøgelser. At den består af jern, er beregnet ud fra kendskabet til Jordens totale masse.
Dybde: 2.900-5.000 km
Temperatur: 4.000-4.500 °C
Den indre kerne troede forskerne tidligere var fast og bestående af jern og nikkel. Men nu viser en ny undersøgelse, at stofferne i det glohede og ekstreme indre måske nærmere befinder sig i en tilstand, der hverken er fast eller flydende. Men et sted midt imellem.
Dybde: 5.000-6.370 km
Temperatur: 4.500-7.000 °C
Bølger blotlægger kernen
Forskerne bruger seismiske bølger fra jordskælv til at undersøge, hvad der foregår flere tusinde kilometer inde i Jordens midte.
Bølgerne bevæger sig med forskellige hastigheder gennem forskellige materialer. Den viden udnytter forskerne til at forsøge at blotlægge den kemiske sammensætning i Jordens lag.
Tidligere undersøgelser med seismiske bølger har gentagne gange vist, at der kan måles en særlig type af bølger, kaldet forskydningsbølger, omkring kernen. Og det indikerer, at den er solid.
Men bølgerne bevæger sig samtidig også en smule for langsomt i forhold til, hvad forskerne forventer af en stor, solid jernbold på mere end 1000 kilometer i diameter. Hvilket antyder, at kernen også kan være blød.
Ekstreme forhold hersker i Jordens indre
I den nye undersøgelse simulerede forskerne forholdene omkring kernen for at jagte en anden forklaring end den gængse hård-bløde teori.
Ved hjælp af computersimulationer undersøgte de samtidig, hvordan forskydningsbølgerne ville bevæge sig igennem forskellige kombinationer af grundstoffer under de ekstreme tryk og temperaturer, der hersker 5000 kilometer under Jordens overflade.
Og her blev det klart, at der også findes en anden forklaring, som passer bedre med de lidt sløvere seismiske bølger:
En tilstand, hvor stofferne jern, kulstof, brint og ilt går sammen og hverken er flydende, faste eller i gasform. Men derimod superioniske.
Superionisk vand, eller såkaldt 'black ice' skabes under ekstreme tryk og temperaturer. Normalt skal vandet udsættes for et tryk på minimum 50 gigapascal. Men i oktober 2021 lykkedes det amerikanske forskere at skabe det særlige vand i et ganske kort øjeblik med et tryk på "kun" 20 gigapascal. Her ses forskernes opstilling i laboratoriet, hvor vandmolekylerne udsættes for det enorme tryk ved hjælp af bl.a. diamanter og en kraftig laserstråle.
Forskere smadrer vandmolekyler med gigantisk laser
Den superioniske tilstand kom for alvor i videnskabens søgelys igen, da det i oktober 2021 lykkedes en gruppe forskere at genskabe den mystiske superioniske is, der kan gemme sig i kernen af planeter som Uranus og Neptun. Også kaldet 'black ice'.
Ved hjælp af én af verdens største lasere skød forskerne en chokbølge varmere end Solens overflade igennem én enkelt dråbe vand og efterlignede dermed de ekstreme forhold, der hersker i planeternes midte.
I laboratoriet kunne de i et kort øjeblik registrere, hvordan det ekstreme tryk og de høje temperaturer smadrede hvert vandmolekyle og efterlod ilt-ionerne i en fast form og brint-ionerne i en mere flydende form - en blandingstilstand.
På samme måde mener forskerne, at jernatomerne i en superionisk tilstand danner et solidt gitter, der holder materialet fast, mens de lettere elementer, som kulstof, brint og ilt, bevæger sig ind imellem gitteret i en tilstand, der næsten er flydende.
Inde i planeter, som fx Uranus og Neptun, kan vand optræde i en sort og ekstrem varm tilstand, som er elektrisk ledende og superionisk.
Vores planet gemmer på de største hemmeligheder
Jordens inderste hemmeligheder er og bliver et af videnskabens helt store mysterier.
For selvom seismiske bølger kan antyde, hvad der gemmer sig tusindvis af kilometer under vores fødder, kan forskerne endnu ikke vide sig helt sikre. Ikke før vi er i stand til at bore os hele vejen derned.
Derfor bliver den nye undersøgelse nok heller ikke det sidste bud i jagten på sandheden.
Så sent som i 2019 fremlagde et internationalt hold af geologer fx en teori om, at de langsommere seismiske bølger omkring kernen måtte skyldes en glohed form for "jernsne", der daler fra en mere flydende del af kernen og lander på den solide.