Differentieringen

Ari Brozinski och Elina Lehtonen. Svenska redaktörer Cecilia Aarnio och Anna Saukko.

Grundämnenas differentiering börjar

I jordens allra tidigaste skede täcktes planetens yta av ett smält magmahav, och även under detta hav befann sig planeten i ett så kallat mjukt tillstånd. Därför kunde grundämnen med olika vikt separeras, det vill säga differentieras. De tyngre grundämnena, såsom järn, sjönk nedåt, medan de lättare komponenterna stannade kvar eller steg uppåt. När de steg uppåt transporterade de samtidigt värme från jordens inre, vilket bidrog till att planeten kyldes ned.

Genomskärning av jordklotet. Pilar som beskriver värme går från jordytan ut i rymden. Innanför planeten stiger grundämnena Al, Ca, K, Mg, Na, O och Si upp mot jordskorpan medan Fe och Ni sjunker ner mot kärnan. Djupet av jordklotets olika lager uppmätta från jordytan är följande: jordskorpan 0–40 km, manteln 40–2890 km, den smälta yttre kärnan 2890–5150 km och den fasta inre kärnan 5150–6370 km.
Principen för differentiering. De tyngre grundämnena sjönk mot jordens inre, medan de lättare steg uppåt eller förblev på plats. När de lättare grundämnena steg uppåt frigjordes värme från jordens inre ut i rymden, vilket bidrog till planetens avkylning.

Konvektionsströmmarna tar vid

Som en följd av differentieringen utvecklades en järn- och nickelrik kärna i jorden. Kärnans utveckling påverkade gravitationen vid planetens yta. Den värmeenergi som frigjordes i samband med gravitationens utveckling värmde upp manteln till 1000–2000 ºC och satte i gång konvektionsströmmar. Principen för konvektionsströmmar är densamma som för vatten som kokas i en kastrull. Vattnet i kastrullens botten värms upp och stiger uppåt. Där kyls det ned och sjunker tillbaka. På samma sätt som vid differentieringen frigjorde även konvektionsströmmarna stora mängder värmeenergi, vilket ytterligare bidrog till jordens avkylning.

Genomskärning som visar hur två litosfärplattor glider ifrån varandra vid en mittoceanisk rygg. Litosfärplattorna består av mantelns spröda yttre del samt jordskorpan. Både oceanisk skorpa och kontinentalskorpa syns i bilden. I den mjukare manteln under litosfärplattorna kretsar konvektionsceller på var sida av den mittoceaniska ryggen.
Principen för konvektionsströmmar. Idag driver jordklotets konvektionsströmmar våra litosfärplattor. Källa: Harri Kutvonen/GTK.

Jordens fasta skorpa bildas

När avkylningen fortskred tillräckligt länge utvecklades en tunn och ojämn skorpa på planetens yta genom bildandet av vulkaniska bergarter. Denna skorpa var inte permanent, utan smälte flera gånger under påverkan av konvektionsströmmarna. Bevis för den primitiva skorpan finns bevarad i form av de över fyra miljarder år gamla (4,2–4,4 miljarder år) zirkonkristaller som hittats i Jack Hills i västra Australien. Man har dock inte hittat några bevarade bergarter som skulle vara så här gamla, endast dessa enstaka kristaller. Avsaknaden av så gammal skorpa kan bero på intensivt meteoritbombardemang, som upprepade gånger smälte den tidiga tunna och ojämna skorpan. De hittills äldsta spåren av jordskorpa finns i nordvästra Kanada, där berggrunden består av gnejser som kan vara något över fyra miljarder år gamla.

De första regnen och de första kontinenterna

När jorden bildades för över fyra miljarder år sedan omgavs den av en så kallad primär atmosfär, bestående främst av väte och helium. Solens värme drev bort denna väte- och heliumatmosfär ut i rymden. En andra atmosfär (den sekundära atmosfären) bildades i samband med utvecklingen av den tidiga jordskorpan, när vatten som bundits i jordens inre frigjordes tillsammans med vulkaniska gaser (70–90 % av vulkaniska gaser består av vatten). När jorden svalnade sjönk även atmosfärens temperatur, och till slut kondenserades vattenångan till regn som för första gången blötte vår planet.

Samtidigt som den tidiga atmosfären bildades började även föregångarna till större kontinenter, så kallade protokontinenter, att utvecklas. Denna tidsperiod kallas den arkeiska eonen och började för cirka fyra miljarder år sedan. Protokontinenterna bildades genom att olika vulkaner förenades, och gradvis växte de delar av jordskorpan som utgör kontinenterna. Under den arkeiska eonen utvecklades de äldsta delarna av kontinenterna. 

Källor

Brownlow, A. H. 1996: Geochemistry, 2nd ed. Prentice-Hall. USA.

Ernst, W. G. 2006: Speculations on evolution of the terrestrial lithosphere—asthenosphere system—Plumes and plates. Gondwana Research 11 (2007): 38-49.

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

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

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

Pidgeon, R. T och Nemchin, A. A. 2006: High abudance of early Archaean grains and the age distribution of detrital zircons in a sillimanite-bearing quartzite from Mt Narryer, Western Australia. Precambrian Research 150: 201-220.

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

Watson, E. B. och Harrison, T. M. 2005: Zircon Thermometer Reveals Minimum Melting Conditions on Earliest Earth. Science 308: 841-844.

Windley, B. F. 1995: The Evolving Continents, 3rd ed. John Wiley & Sons Ltd. Iso-Britannia.

Back To Top