Bild https://www.rutgers.edu illustrationen ovan visar ett utskuret snitt av den tidiga jordens inre med ett hett, smält lager ovanför gränsen
mellan kärnan och manteln. Forskare tror att en del material från kärnan läckte
in i detta smälta lager och blandades med detta. Med tiden bidrog denna blandning till
att skapa den ojämna strukturen hos jordens mantel som vi ser idag. Illustration
av Yoshinori Miyazaki
För miljarder år sedan var jorden täckt av ett
globalt hav bestående av magma, beskriver Miyazaki, biträdande professor in the Department of Earth and Planetary Sciences in Rutgers School of Arts and
Sciences. När magman svalnade förväntade sig forskare att manteln skulle bilda
distinkta kemiska lager som kan liknas vid frusen juice som separerar i sockerhaltigt
koncentrat och vattnig is. Men seismiska studier visar ingen sådan stark
skiktning finns. Istället bildades stora provinser med låg skjuvhastighet och zoner i
ultralåg hastighet oregelbundna högar vid jordens bas.
”Den motsägelsen var utgångspunkten”, beskriver
Miyazaki. Om vi utgår från magmahavet och gör beräkningarna får vi inte det
vi ser i jordens mantel idag. Något saknas.”
Hans medarbetare drog slutsatsen att den saknade
delen är själva kärnan. Deras modell antyder att under miljarder år har element
som kisel och magnesium läckt från kärnan in i manteln, blandats med denna och
förhindrat stark kemisk skiktning. Denna infusion skulle kunna förklara den
märkliga sammansättningen av stora provinser med låg skjuvhastighet och zoner
med ultralåg hastighet vilka kan ses som stelnade rester av vad forskarna
kallade ett "basalt magmahav" förorenat av kärnmaterial.
”Det vi föreslog var att det kunde komma från
material som läckte ut från kärnan”, beskriver Miyazaki. ”Om man lägger till
kärnkomponenten skulle det kunna förklara vad vi ser just nu.”
Upptäckten handlar om mer än bara kemi i jordens djup, enligt Miyazaki. Interaktioner mellan kärna och mantel kan ha påverkat hur jorden kyldes ner, hur vulkanisk aktivitet utvecklades och till och med hur atmosfären utvecklats. Det skulle kunna bidra till att förklara varför jorden har hav och liv, medan Venus är ett brännande växthus och Mars är en frusen öken.
”Jorden har vatten, liv och en relativt stabil
atmosfär”, beskriver Miyazaki. ”Venus atmosfär är 100 gånger tätare än jordens och
består mestadels av koldioxid medan Mars har en mycket tunn atmosfär. Vi förstår
inte helt varför det är så. Men vad som händer inuti en planet, det vill säga
hur den kyls ner, hur dess lager utvecklas, kan vara en stor del av svaret.”
Genom att integrera seismiska data, mineralfysik och geodynamisk modellering upptäcktes i studien stora provinser med låg skjuvhastighet och zoner med ultralåg hastighet som viktiga ledtrådar till jordens formationsprocesser. Strukturerna kan till och med mata vulkaniska hotspots som Hawaii och Island, och länka jordens djupa inre till dess yta.
”Detta arbete är ett utmärkt exempel på hur en
kombination av planetvetenskap, geodynamik och mineralfysik kan hjälpa oss att
lösa några av jordens äldsta mysterier”, beskriver Jie Deng vid Princeton
University som är medförfattare till studien. ”Tanken att den djupa manteln
fortfarande skulle kunna bära på det kemiska minnet av tidiga
kärna-mantel-interaktioner öppnar upp nya sätt att förstå jordens unika
evolution.”
Med utgångspunkt i den teorin beskriver forskarna att
varje nytt bevis hjälper till att fylla luckor i jordens tidiga historia och
förvandla spridda ledtrådar till en tydligare bild av dess utveckling.
”Även med väldigt få ledtrådar börjar vi bygga en
historia som är logisk”, påtalar Miyazaki. ”Den här studien ger oss lite mer
säkerhet om hur jorden utvecklades och varför den är så speciell.”
Studien är publicerad i Nature Geoscience av Rutgers geodynamiker Yoshinori Miyazaki tillsammans med medarbetare där de beskriver en ny förklaring till ovan beskrivna avvikelser och dess roll i att forma jordens förmåga att upprätthålla liv.
