Jorden är tekniskt sett den tredje planeten från solen mellan Venus och Mars och har en ekvatorial diameter på 12 755 kilometer och en polardiameter på 149,6 miljoner kilometer. Jorden är i ett konstant tillstånd av rörelse när den kretsar runt solen, vilket tar en period på 365,26 dagar. Större delen av jorden är täckt av vatten vilket gör den unik och gör att liv kan existera.
Vilka är jordens tre lager?
Frågan ”Hur många lager har jorden?” har ett komplext svar. När man hänvisar till den steniga delen av jorden, finns det tre lager av jorden. Men den planetariska bergarten som kallas jorden består inte bara av de steniga lagren: det är där komplexiteten uppstår.
Om man bara tänker på de steniga lagren, vilka är de tre lagren av jorden? Jordens lagers namn är:
- Skorpa: det yttre lagret av sten där människor och djur lever och växter växer.
- Mantel: ett halvfast magmaskikt bestående av järn, magnesium och kisel.
- Kärna: centralt placerad fast massa av metall (inre kärna) och en flytande massa av järn och nickel (yttre kärna).
Jorden är uppbyggd av flera lager och var och en har unika egenskaper, sammansättning och påverkar jordens inre processer olika. Skikten är från det yttre till det inre och är till stor del grupperade i fyra inklusive: skorpan, manteln, den yttre kärnan och den inre kärnan.
Jorden kan delas in i ett av två sätt – mekaniskt eller kemiskt. Mekaniskt – eller reologiskt, vilket betyder studiet av flytande tillstånd – kan den delas in i litosfären, astenosfären, mesosfärisk mantel, yttre kärna och den inre kärnan. Men kemiskt, som är den populäraste av de två, kan den delas in i skorpan, manteln (som kan delas in i den övre och nedre manteln), och kärnan – som också kan delas in i den yttre kärnan, och inre kärnan.
Olika lager av jorden
Jordskorpan
Jordskorpan är det yttersta och första lagret av jorden. Det är den härdade delen av jorden med ett djup på cirka 5 till 70 kilometer och utgör cirka mindre än 1% av hela jordens volym. Jordskorpan är uppdelad i två delar: oceanskorpan och kontinentalskorpan.
Skorpan är en stel sak men den är uppdelad i flera tektoniska plattor. Dessa tektoniska plattor är inte stationära, utan är i relativ rörelse från varandra. Beroende på förhållandet och den geologiska miljön finns det tre typer av tektoniska plattgränser: konvergent (flyttar den ena mot den andra), divergent (flyttar sig bort från den andra) och transformant (flyttar sig i sidled).
Den kontinentala skorpan är cirka 60 kilometer tjock medan oceanskorpan är cirka 5 kilometer under havet. Havsskorpan är den största och tar upp till 71 % av jordskorpan medan den kontinentala skorpan tar upp de återstående 29 %. Kontinentalskorpan består av bergarter såsom magmatiska bergarter, och oceanskorpan består av basalt och sedimentära bergarter.
Stenarna i den kontinentala jordskorpan beräknas vara cirka 3,9 miljarder år gamla. Havskorpans genomsnittliga täthet är 3 g/cm medan den genomsnittliga densiteten på kontinentaljorden är 2,7 g/cm. Skorpans temperatur är cirka 200 till 400 grader Celsius. Jordskorpan är också alltid i konstant rörelse och som sådan är det lagret där tektoniska plattor finns.
Manteln
Manteln sitter ovanpå den yttre kärnan och är det andra lagret av jorden. Det är med avsevärd marginal det tätaste lagret av jorden, cirka 2900 kilometer djupt. Av denna anledning är dess volym cirka 84% av jorden.
Manteln är uppdelad i två delar som är litosfären (den övre delen även känd som den nedre manteln) och astenosfären (den nedre delen även känd som den övre manteln). Litosfären är övervägande fast och består av tät bergart uppbyggd av nickel och järn i form av silikatstenar. Astenosfären är mestadels plastliknande vätska på grund av dess karaktär av hög viskositet och mekanisk svaghet. Temperaturerna i litosfären är cirka 300 till 500 grader Celsius medan temperaturen i astenosfären är cirka 4500 grader Celsius.
Astenosfären är varmare än litosfären eftersom den är närmare kärnan. Det finns kontinuerliga konvektionsströmmar i manteln som gör att den rör sig på grund av uppvärmningen av den nedre manteln. När den nedre delen av manteln värms upp stiger den och svalnar och trycks sedan nedåt igen eftersom den är tätare och processerna fortsätter att upprepa sig och mantelrörelserna. Dessa konvektionsströmmar är det som gör att plattorna rör sig.
Manteln är också uppdelad i flera lager, baserat på seismologiska egenskaper. Den övre manteln sträcker sig från där jordskorpan slutar till cirka 670 km. Även om detta område anses vara trögflytande, kan man också betrakta det som bildat av sten – en sten som kallas peridot för att vara mer exakt. Under det sträcker sig den nedre manteln från 670 till nästan 2900 kilometer under ytan.
Det är i princip accepterat vid det här laget att manteln inte är i ett stadigt tillstånd, utan snarare i ett tillstånd av konstant rörelse. Det finns en allmän konvektiv cirkulation, med hett material som stiger upp mot ytan och svalare material går djupare. Det anses allmänt att denna konvektion faktiskt styr cirkulationen av plattektoniken i skorpan.
De flesta jordbävningar bildas på ytan, i skorpan; eftersom plattorna ebb och drag spänning skapar, och när den spänningen släpper eller när något går sönder får du en jordbävning.
Men jordbävningar kan också hända i manteln, och vid de trycken kan man omöjligt tala om förkastning och brott. I subduktionsområden, där en platta går under en annan, har jordbävningar observerats på upp till 670 km djup. Mekanismen kring dessa jordbävningar är fortfarande inte väl förstådd, men en av teorierna är att vissa mineraler skiftar från ett tillstånd till ett annat och ändrar deras volym under processen. Denna volymförändring kan leda till jordbävningar.
Men vi kommer närmare och närmare att förstå manteln – även utan att komma dit. På senare tid har forskare varit nära att replikera den höga temperaturen/trycket i manteln, och datormodeller på hög nivå avslöjar också några av dess hemligheter
Jordens kärna
Jordens kärna är den innersta delen av alla lager. Den består tydligt av två delar som är den yttre kärnan och den inre kärnan. Både den yttre och den inre kärnan består till största delen av järn, nickel och andra tungmetaller som geologer trollat fram. Den största skillnaden är att materialen i den yttre kärnan är flytande medan materialen i den inre kärnan är i fast tillstånd.
Den yttre kärnan
Den yttre kärnvätskan och tros bestå av cirka 80% järn tillsammans med nickel. Den yttre kärnan är flytande eftersom den inte är under tillräckligt tryck trots att den har samma sammansättning som den inre kärnan. Det är lagret som följer direkt efter manteln och har mycket höga temperaturer, upp till cirka 4400 grader Celsius.
Tjockleken på den yttre kärnan är cirka 2890 kilometer. På grund av sin höga temperatur existerar den i ett vätsketillstånd med låg viskositet som ständigt upplever turbulent konvektion och snabbare rotationer än resten av jorden. Geologer tror att detta orsakar virvelströmmar som skapar en dynamoeffekt, som följaktligen påverkar jordens magnetfält.
Kanske är detta anledningen till att den yttre kärnans magnetfält uppskattas vara 50 gånger kraftigare jämfört med magnetfältet på jordens yta. Kärnans densitet uppskattas vara i intervallet 9 900 till 12 200 kg/m3 och den är den näst varmaste efter den inre kärnan.
Den inre kärnan
Den inre kärnan är solid och det näst tunnaste lagret av alla jordens olika lager. Det är också längst bort från jordens yta. Den är solid på grund av trycket från lagren runt den som lägger vikt på den. I likhet med den yttre kärnan består den inre kärnan huvudsakligen av järn och nickel och har en ungefärlig tjocklek på mellan 5159 och 6378 kilometer.
Densiteten för den inre kärnan uppskattas ligga i intervallet 12 600 till 13 000 kg/m3 vilket enligt geologer kan innebära att det finns betydande mängder tunga grundämnen som guld, palladium, silver, platina och volfram. Den inre kärnan är extremt varm med temperaturer så höga som 5500 grader Celsius. Det överliggande trycket är det som håller järnet och andra tunga material i fast tillstånd även oberoende av de höga temperaturerna eftersom deras smältpunkt ökar med ökat tryck.
Geologer åberopar också att den inre kärnan kan rotera snabbare jämfört med resten av jorden genom observation av seismiska vågor. De flesta uppskattningar pekar på att den kan rotera med en årlig hastighet på mellan 0,3 och 0,5 grader jämfört med resten av jorden.
Hur vi vet om jordens lager
Vi kan bara se mycket små delar av jordskorpan, som i sig är en liten del av vår planet – så hur kan vi veta alla dessa saker?
Utbredning av seismiska vågor. Observera hur vågorna ändrar sin bana vid en större gräns.
Den bästa informationskällan vi har är seismiska vågor. När en jordbävning äger rum släpper den ut tryckvågor som sedan utbreder sig över hela planeten. Dessa vågor bär med sig information från lagren de passerar genom – inklusive manteln och kärnan.
Genom att studera utbredningen av vågor genom jorden kan vi lära oss om de fysiska egenskaperna hos jordens inre. Till exempel, vissa vågor fortplantar sig endast genom fasta medier, medan andra fortplantar sig genom både fasta och flytande medier – så de kan visa om något lager är fast eller inte. Seismiska vågor tar prov på smala sträckor av jordens inre så att vi också kan isolera informationen de bär; genom att analysera flera jordbävningar som registrerats vid flera seismiska stationer kan vi producera en CAT-skanningsliknande analys av ett område.
Strålar böjs och reflekteras utifrån egenskaperna hos den miljö den passerar genom, och även vågens hastighet påverkas av miljön.
Dessutom visade moderna simuleringar i labbet hur mineraler sannolikt beter sig vid dessa temperaturer och tryck, och vi har också indirekt gravitations- och magnetisk information, såväl som studier på magma och kristaller som finns på ytan – men huvuddelen av informationen kommer från seismologi. Det är helt enkelt fantastiskt att vi utan att ens gå i närheten av det kan veta så mycket om jordens lager.
