Kärnan, manteln och jordskorpan

Tre skikt

Ända sedan jordklotet bildades för 4540 miljoner år sedan har ämnena som jorden är gjord av genomgått differentieringen och bildat olika skikt i planeten. Redan för 4 miljarder år sedan, har grundämnena i stort sätt varit fördelade i 4 skikt; Den yttre och inre kärnan, manteln och jordskorpan. Kännetecknande för de olika skikten är deras olika kemiska sammansättningar och fasthetsgrad (konsistens) samt deras specifika temperatur- och tryckförhållande.

 

Vad består kärnan av?


Jordklotets kemiska indelning i olika skikt.Det tudelade innersta skiktet, kärnan, består främst av nickel och järn. Den yttre kärnan, som sträcker sig från 2900 km till 5200 km djup, är partiellt uppsmält. Den fasta inre kärnan består sannolikt främst av järn och sträcker sig från 5200 km djup ända till jordklotets mittpunkt som ligger 6400 km ifrån jordytan. Den inre kärnan är fast på grund av att det höga trycket (Upptill 13 000 kg/m3) hindrar järnet ifrån att smälta trots att temperaturen i den inre kärnan kan vara upp till 7000 °C (på jordytan smälter järn vid °C. 

Det finns givetvis inga direkta observationer av kärnan men t.ex. seismiska mätningar visar att seimiska vågor fortplantas olika i de olika delarna vilket bekräftar deras konsistensskillnader. Vidare tyder det faktum, att jordklotet har ett magnetfält, på att kärnans sammansättning är metallisk. Uppskattningsvis upptar kärnan 32% av jordklotets massa och 15% av dess volym.

 

Hur är mantel uppbyggd?


Jordskorpan upptar en ytterst liten (<1%) del av jordens massa och syns knappt i diagrammet.Manteln sträcker sig från 40 km djup till 2900 km djup där den  tilldelades manteln material som var för tungt för att förbli vid ytan och för lätt för att sjunka ända ner till kärnan. Astenosfären som ligger i övre manteln är trögflytande, eller plastisk, och består till 2% av smält magma. Mantelns kemiska sammansättning består av ett stort antal olika grundämnen av vilka största delen består av olika magnesium- och järnföräningar samt av silikater (= kisel- och syreföreningar). Manteln omfattar ungefärligen 67% av jordklotets massa och 84% av dess volym.

Den djupa manteln består främst av mineralet perowskit och den yttre manteln av mineralen olivin (Mg,Fe)2SiO4, klinopyroxen Ca(Mg,Fe)Si2O6 och ortopyroxen (Mg,Fe)SiO3. 

 

Jordskorpans uppbyggnad


Grundämnesfördelningen på jordklotet. Observera att de 4 största grundämnen också utgör ¾ av de övriga grundämnena.Det översta skiktet, jordskorpan, är väldigt tunt i jämförelse med de andra skikten och utgör endast 0,4% av jordklotets massa och mindre än 1% av jordens volym. I genomsnitt är kontinenternas jordskorpa 40 km tjock och innehåller relativt lätt material med låg smältpunkt, såsom silkiaterna alkalifälspat; (Na,K)AlSi3O8, plagioklas; CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 och kvarts; SiO2. Över en tredjedel (35%) av jordklotets massa består av järn varav största delen förekommer i kärnan. Jordskorpan är till största delen täckt av ett porösare sedimentlager vars medeltjocklek är ca 0,45 km. 

 

Jordklotets totala sammansättning

Grundämnena på jordklotet är följaktligen ojämt fördelade i olika skikt och koncentrationer (se figuren ovan). Järn, syre, kisel och magnesium finns det obestridligen mest av då man beaktar hela jordklotets sammansättning. Nickel, svavel, kalcium och aluminium utgör endast 1-2% av jordklotets massa. Koncentrationen av t.ex. guld, silver, platina och tenn är mindre än 1 % av jordklotets massa.

 

Jordskorpans kemiska sammansättning

Grundämnen som det finns mer än 1% av i jordskorpan är 

syre (O) 46.6 %

kisel (Si) 27.8 %

aluminium (Al) 8.1 % 

järn (Fe) 5.0 %

kalsium (Ca) 3.6 %

natrium (Na) 2.8 %

kalium (K) 2.6 %

magnesium (Mg) 2.0 %

Resten av alla andra grundämnen i det periodiska systemet finns det mindre än 1 % av i jordskorpan.

Dagens teknologi är mycket beroende av metaller med speciella egenskaper. Dessa metaller är mycket sällsynta i jordskorpan. Halterna av dessa metaller räknas i ppm (parts per million) eller ppb (parts per billion) vilket betyder en miljontedel respektive en miljarddel. Till exempel innehåller jordskorpan endast 1.5 ppm av metallen platina. Det betyder att om du har en miljon kilo sten, så kan du där hitta 1.5 kilo platina. En miljon kilo sten motsvarar ungefär en kub med 7 meter långa sidor. Mängden platina (1.5 kilo) i denna kub har en volym motsvarande en kub med 4 cm sidor.

 

Källor

Lehtinen, M., Nurmi, P. ja Rämö, T. 1998: Suomen kallioperä: 3000 vuosimiljoonaa. Suomen geologinen seura. Helsinki.

Marshak, S. 2004: Earth: portrait of a planet, 2nd ed. W.W Norton and Company. USA.

McDonough, W. F. 2000: The Composition of The Earth. Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University. 

Middlemost, E. 1997: Magmas Rocks and Planetary Development: A survey of magma/igneous rock systems. Addison Wesley Longman Limited. Singapore.

Press, F., Siever, R., Grotzinger, J. ja Jordan, T.H. 2003: Understanding Earth, 4th ed. W.H. Freeman and Company. USA.