Djupt ned under jordens kyliga yttre finns en dold värld av mystiska kryp, glidande kontinentalplattor, glödheta metaller och extrema tryckskillnader.
Och mitt i alltihop, cirka 5 000 kilometer under jordytan, ligger den innersta kärnan. Som en solid, glödande boll av järn och nickel, som sträcker sig över mer än 1 300 kilometer i diameter.
Eller det är i alla fall var forskare trodde.
För nu avslöjar en ny studie, publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature, att den innersta kärnan av vår planet kanske inte alls är så solid som vi har föreställt oss. Och den snarare befinner sig i ett sällsynt mellanstadium, som varken är fast eller flytande – ett så kallat superioniskt tillstånd.
FÖLJ MED PÅ RESAN: Jordens inre döljer en tårta av ytterligheter
Skorpan utgör hälften av jordens yttersta, stela lager. Den utgör både kontinenterna och havsbottnen. Skorpans materia skiljer sig från den underliggande manteln. I skorpan har materian berikats med exempelvis kisel, uran och kalium. Därför är skorpan en mosaik av bergarter som har gått igenom ett flertal geologiska processer.
Djup: 0-75 kilometer
Temperatur: 0-400 °Celsius
Manteln är ett område av Jordens inre med en någorlunda likartad kemisk sammansättning. Manteln täcker området från den nedre delen av litosfären ända ned till jordens yttre kärna. Längst ned i manteln är temperaturen cirka 4 000 °C och en del av värmen transporteras uppåt. Vid övergången till skorpan är temperaturen cirka 500 °C.
Djup: 75-2 900 kilometer
Temperatur: 500-4 000 °Celsius
Den yttre kärnan är flytande och består av järn och av grundämnen som attraheras av järn, som exempelvis nickel. Jordens magnetfält genereras här på grund av trømningerne i den flytande materian. Att den yttre kärnan är flytande har geologerna räknat ut genom seismiska undersökningar. Att den består av järn har de kommit fram till utifrån jordens totala massa.
Djup: 2 900-5 000 kilometer
Temperatur: 4 000-4 500 °Celsius
Den inre kärnan trodde forskarna tidigare var fast och bestående av järn och nickel. Men nu visar en ny studie att ämnena i det glödheta och extrema inre kanske snarare befinner sig i ett tillstånd som varken är fast eller flytande. Utan någonstans mitt emellan.
Djup: 5 000-6 370 kilometer
Temperatur: 4 500-7 000 °Celsius
Vågor blottlägger kärnan
Forskarna använder seismiska vågor från jordbävningar för att undersöka vad som sker tusentals kilometer ned i jordens mitt.
Vågorna rör sig med olika hastigheter genom olika material. Den kunskapen använder forskarna sig av i sina försök att exponera den kemiska sammansättningen i jordens lager.
Tidigare studier med seismiska vågor har upprepade gånger visat att det går att mäta en speciell typ av vågor, kallade förskjutningsvågor, runt kärnan. Och det indikerar att den är solid.
Men vågorna rör sig samtidigt en aning för långsamt i förhållande till vad forskarna väntar sig av en stor, solid järnboll på mer än 1 000 kilometer i diameter. Vilket antyder att kärnan även kan vara mjuk.
Det råder extrema förhållanden i jordens inre
I den nya studien simulerade forskarna förhållandena runt kärnan för att jaga en annan förklaring än den gängse hård/mjuk-teorin.
Med hjälp av datorsimuleringar undersökte de samtidigt hur förskjutningsvågorna skulle röra sig genom olika kombinationer av grundämnen under de extrema tryck och temperaturer som råder 5 000 kilometer under jordens yta.
Och då stod det klart att det finns en annan förklaring som stämmer bättre med de lite långsamma seismiska vågorna:
Ett tillstånd, i vilket ämnena järn, kol, väte och syre samlas och är varken flytande, fasta eller i gasform. De är däremot superioniska.
Superioniskt vatten, så kallad black ice, skapas under extremt tryck och temperaturer. Normalt ska vattnet utsättas för ett tryck på minst 50 gigapascal. Men i oktober 2021 lyckades de amerikanska forskarna skapa det speciella vattnet under ett kort ögonblick med ett tryck på bara 20 gigapascal. På bilden ser du forskarnas anordning i laboratoriet, där de utsatte vattenmolekyler för det enorma trycket med hjälp av bland annat diamanter och en kraftfull laserstråle.
Forskare krossar vattenmolekyler med enorm laser
Det superioniska tillståndet hamnade i vetenskapens sökljus igen när en grupp forskare i oktober 2021 lyckades återskapa den superioniska is som kan vara placerad i kärnan av planeter som Uranus och Neptunus. Även kallad "black ice".
Med hjälp av en av världens största lasrar sköt forskarna en chockvåg varmare än solens yta genom en enda droppe vatten, och imiterade därmed de extrema förhållanden som råder i planeternas mitt.
I laboratoriet kunde de i ett kort ögonblick registrera hur det extrema trycket och de höga temperaturerna krossade varenda vattenmolekyl och lämnade kvar syrejonerna i en mer flytande form – ett blandningstillstånd.
På samma sätt tror forskarna att järnatomerna i ett superioniskt tillstånd bildar ett solitt gitter som bevarar materian i fast form, medan de lättare elementen, som kol, väte och syre, rör sig in mellan gittret i ett tillstånd som nästan är flytande.
Inuti planeter som exempelvis Uranus och Neptunus kan vatten uppträda i ett svart och extremt varmt tillstånd, som är elektriskt ledande och superioniskt.
Vår planet döljer de största hemligheterna
Jordens innersta hemligheter är och förblir ett av vetenskapens största mysterier.
För även om seismiska vågor kan antyda vad som döljer sig tusentals kilometer ned under våra fötter, kan forskare ännu inte vara helt säkra. Inre förrän vi kan borra oss hela vägen ned till kärnan.
Därför blir den nya studien troligen inte heller den sista och bestående teorin i jakten på sanningen.
Så sent som 2019 lade en internationell grupp geologer exempelvis fram en teori om att de långsammare seismiska vågorna runt kärnan beror på en glödhet sorts "järnsnö", som faller ned från en mer flytande del av kärnan och landar på den solida.