Jordens opbygning: skorpe, kappe og kerne — forklaring

Lær Jordens opbygning: skorpe, kappe og kerne forklaret klart — lag, sammensætning, temperaturer og pladebevægelser for elever og nysgerrige.

Jordens struktur er opdelt i flere lag, som adskiller sig både kemisk og fysisk. Yderst ligger en fast skal kaldet skorpen, under denne findes et meget tyktflydende og fastlagdelt kappe, derefter følger en flydende ydre del af kernen kaldet den ydre kerne, og i midten ligger en fast indre kerne, den indre kerne. Jordens form er en oblat sfæroid, fordi den er let fladtrykt ved polerne og udbulet ved ækvator, hvilket påvirker fordelingen af masse og rotation.

Grænserne mellem lagene blev først afdækket ved hjælp af seismografer, der registrerede, hvordan seismiske bølger ændrede hastighed, blev reflekteret eller bøjet (refrakteret) i mødet med forskellige materialer under jordskælv. Den første store uventede ændring i bølgefarter blev opdaget af Andrija Mohorovičić og kaldes derfor Moho — grænsen mellem skorpen og kappen. Seismiske data, i kombination med mineralfysik og laboratorieforsøg, giver i dag et detaljeret, men stadig ikke fuldstændigt, billede af Jordens indre.

1. Jordskorpen er det yderste faste lag. Den består af forskellige bjergarter og er generelt rig på lettere grundstoffer som silicium, ilt og aluminium. På grund af denne sammensætning kaldes den ofte sial (Si + Al) eller felsisk. Skorpen er tynd i forhold til resten af Jorden: den oceaniske skorpe er typisk 5–10 km tyk, mens den kontinentale skorpe er væsentligt tykkere, omkring 30–70 km. Dens densitet er lavere end kappe- og kernematerialer, hvilket er en af årsagerne til, at kontinenterne "flyder" højere.
2. Kappen ligger direkte under jordskorpen og udgør størstedelen af Jordens volumen (ca. 2.900 km i radius fra Moho til kernen). Den består hovedsagelig af ilt, silicium og tungere grundstoffer som magnesium og jern i forskellige mineralformer. Denne sammensætning kaldes ofte sima (Si + Ma) eller mafisk. Kappen er ikke ensartet men opdelt i flere underlag:
   1. Øverste del af kappen (øverste faste kappe) består af tætte, tunge sten som peridotit (mineraler som olivin og pyroxen). Denne øverste del danner sammen med selve skorpebjergarten den stive litosfære, som indgår i de tektoniske plader. Litosfæren er typisk 50–150 km tyk, men tykkelsen varierer med alder og geotermisk tilstand.
   2. Asthenosfæren ligger lige under litosfæren og er delvist smeltet eller mekanisk blødgjort, hvilket gør den halvflydende og i stand til at flyde langsomt. Denne zone gør det muligt for de stive litosfæreplader at bevæge sig ovenpå. Asthenosfæren strækker sig groft fra ~100 km ned til nogle hundrede kilometer (ofte 100–700 km), afhængigt af geotermiske forhold. Delvis smeltning her kan danne magma, som ved opbrud ved midtoceanrygge danner ny oceanbund.
   3. Nedre kappe (fra omkring 660 km til ~2.900 km dybde) er koldere og mere massiv, men stadig fast på kort tidsskalaer. Materialerne gennemgår fasediagramændringer (krystalstrukturer ændres under tryk), hvilket påvirker seismiske hastigheder og bidrager til lagdeling i kappen.
3. Jordens kerne består hovedsagelig af jern og nikkel, samt sandsynligvis lette elementer som svovl, oxygen og silicium. Temperaturen i kernen er ekstremt høj (ca. 4.000–6.000 °C eller højere nær midten), og trykket er enormt, hvilket gør materialernes egenskaber komplekse.
   1. Den ydre kerne er flydende og strækker sig fra ca. 2.900 km dybde ned til omkring 5.150 km. Den flydende jern-nikkel-sammensætning bevæger sig konvektivt, og i kombination med Jordens rotation driver disse bevægelser den geodynamo, som skaber Jordens magnetfelt. Den ydre kernes radius er cirka 2.260 km.
   2. Den indre kerne er fast trods de høje temperaturer, fordi trykket er så stort, at jern krystalliserer. Den indre kerne har en radius på omkring 1.220 km og er rigt på jern og nikkel. Væksten af den faste indre kerne frigiver varme og lette elementer til den ydre kerne, hvilket understøtter den konvektive bevægelse og dermed magnetfeltet.

Densitets- og trykgradienter i Jordens indre medfører, at seismiske bølger ændrer hastighed og retning, hvilket giver de observerede refleksioner og refraktioner. For eksempel kan S-bølger (tværbølger) ikke passere gennem den flydende ydre kerne, hvilket skaber en såkaldt S-bølge-skyggezone, mens P-bølger (langsbølger) bliver bøjet og reflekteret, og dermed afslører kernenes egenskaber.

En fuldstændig forklaring af alle detaljer i kappe- og kernedynamikken er ikke fuldt afklaret. Høje temperaturer, ekstremt tryk og kemiske forskelle fører til fasediagramændringer og tilstande, hvor materialer kan optræde som en blanding af væske og krystaller eller som plastiske faste faser ved geologiske tidsskalaer. Disse forhold styrer bl.a. pladetektonik, vulkanisme og dannelsen af magmatiske og metamorfiske processer.

Kort opsummering af centrale størrelser (ca.):

• Skorpe: oceanisk 5–10 km, kontinental 30–70 km.
• Litosfære: typisk op til 100–150 km tykkelse (varierer).
• Kappe: samlet tykkelse ca. 2.900 km (Moho til kernen).
• Ydre kerne: flydende, ca. 2.900–5.150 km dybde.
• Indre kerne: fast, radius ~1.220 km (midtpunkt til ~5.150 km).

Forståelsen af Jordens indre kommer fra kombinationen af seismologi, laboratoriemålinger af mineralers egenskaber ved højt tryk og temperatur, geodetiske observationer og numeriske modeller. Ny forskning, fx brug af flere seismiske stationer, laboratorieforsøg med højtryksteknikker og computer-simuleringer, forbedrer løbende vores billede af, hvordan Jorden er opbygget og fungerer indadtil.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er jordens lag?

Sp: Hvordan beskrives Jordens form?

Spørgsmål: Hvad blev opdaget mellem Jordens skorpe og kappe?

Spørgsmål: Hvilke grundstoffer udgør størstedelen af Jordens skorpe?

Sp: Hvad består det meste af Jordens kappe af?

Spørgsmål: Hvilken type bjergart udgør den øverste del af kappen?

Søg efter bogstav