Lyssna
Jordklotets byggnad
Jordklotet är en tillplattad sfär med en tunn yttre fast skorpa, följt nedåt av den heta och plastiska manteln, den flytande yttre kärnan, och den fasta inre kärnan.
Jordklotet har en radie på cirka 6370 kilometer, och är något tillplattat vid polerna. Jordklotets volym är 1,083 x 10 upphöjt till 21 kubikmeter (1 083 000 000 000 000 000 000 kubikmeter), och dess massa 5,974 x 10 upphöjt till 24 kg (5 974 000 000 000 000 000 000 000 kg), vilket ger en genomsnittlig densitet på 5516 kg/m3 (källa: Nationalencyclopedien). Densiteten är dock högre i jordens kärna än i manteln och jordskorpan. Dess inre är hett och delvis flytande. Det är uppbyggt av olika lager, med jordskorpan som ett tunt yttre skal.
Inre kärnan (radie 1220 km, temperatur ca 4000-4700 °C) består sannolikt främst av järn med några procent nickel. Är trots den höga temperaturen fast pga trycket i jordens inre.
Yttre kärnan (tjocklek 2160 km, temperatur ca 3500-4000 °C) har samma sammansättning som den inre kärnan, men är till skillnad från denna flytande. Jordens magnetfält tros ha sitt ursprung i kärnan.
Manteln (tjocklek 2940 km, temperatur ca 1000-3500 °C) består av järn- och magnesium-rika silikatbergarter (silikater = föreningar med kisel och syre). Materialet i manteln är normalt fast men kan lokalt smälta upp på grund av den höga temperaturen, och ge upphov till vulkanism på jordytan. Den övre delen av manteln liknar jordskorpan i mekaniska egenskaper, och benämnes lithosfären (av grekiskans lithos = ´sten´). Längre ner gör hettan och trycket att materialet blir mjukt och formbart (plastiskt); denna del av manteln kallas asthenosfären (av grekiskans asthenes = ´utan styrka´).
Temperatur-skillnaderna mellan mantelns övre och undre delar får asthenosfären att långsamt röra sig runt i s.k. konvektionsströmmar. Dessa strömmar anses vara drivkraften bakom plattrörelserna i jordskorpan. Energikällan bakom rörelserna, liksom bakom uppsmältningen och vulkanismen, är radioaktivt alstrad värme i jordens inre.
Jordskorpan är jordklotets yttre fasta skal. Den kan uppdelas i oceanskorpa och kontinentskorpa:
- Oceanskorpan är endast 5-10 km tjock och består av tunga basaltiska bergarter. Genom att den ständigt nybildas vid oceanryggarna och sjunker tillbaka ner i manteln i s.k. subduktionszoner vid oceanernas kanter finns idag ingen oceanskorpa äldre än ca 200 miljoner år.
- Kontinentskorpan är mellan 30 och 70 km tjock och domineras av lättare granitiska bergarter. Kontinentskorpan kan sägas flyta ovanpå manteln utan att förstöras, och är därför till sin huvuddel betydligt äldre än oceanskorpan. De äldsta delarna är nästan 4000 miljoner år gamla. Genom vulkanism och inträngning av djupbergarter vid kontinentkanterna växer kontinentskorpan i omfång under den geologiska utvecklingens gång, en process som dock motverkas av erosionen.
Temperaturen i jordskorpan ökar neråt med i genomsnitt ca 25 °C/km (den geotermiska gradienten) under de första kilometrarna, men temperaturökningen avtar sedan mot djupet. De lokala variationerna är också stora, med betydligt högre geotermisk gradient i vulkaniskt aktiva områden än i områden med gammal stabil jordskorpa.
Jordklotet i genomskärning. Illustration: Åke Johansson.
Kontinentskorpan omfattar förutom kontinenterna även jordskorpan under grundhavsområden som Östersjön och Nordsjön, vilka egentligen är översvämmade delar av kontinenten. Oceanskorpan omfattar djuphaven utanför den s.k. kontinental-shelfen.
Endast jordytan är tillgänglig för direkt observation, de djupaste gruvhålen (guldgruvorna i Sydafrika) når knappt 4 km under jordytan, och det djupaste borrhålet (på Kolahalvön i Ryssland) når drygt 12 kilometer ned i jordskorpan. Vår kunskap om jordens inre är därför till stor del baserad på indirekt information.
Jordbävningsvågors utbredning genom jordklotet, högtrycks-experiment och teoretiska beräkningar ger information om jord-klotets inre struktur. Jämförelser med meteoriter som fallit ned på jordytan ger information om dess kemiska sammansättning (en typ av meteoriter - järnmeteoriter - anses ha en sammansättning som liknar kärnans, medan vissa stenmeteoriter anses likna manteln). Fragment av mantelbergarter kan ibland påträffas i vulkaniska bergarter med mantelursprung, och de vulkaniska bergarterna i sig avspeglar ibland också mantelns sammansättning.
Strukturerna i de djupare delarna av jordskorpan kan undersökas med hjälp av olika geofysiska metoder, exempelvis seismik, då man låter sprängladdningar detonera vid jordytan och sedan fångar upp hur detonationsvågorna bryts och reflekteras i olika skikt i berggrunden.
Jordskorpans sammansättning
Bergarterna i jordskorpan innhåller en blandning av nästan alla grundämnen i det periodiska systemet, men många av dessa grundämnen förekommer i mycket låga halter, ofta på miljondelsnivå eller ännu lägre. Endast en handfull grundämnen - de s.k. huvudelementen - förekommer på procentnivå och är de grundämnen som i praktiken bygger upp de vanliga mineralen och bergarterna (se nedan om mineral och bergarter) och därmed också jordskorpan i sin helhet.
Det vanligaste ämnet är faktiskt syre, men ej som fri syrgas, utan bundet till kisel och andra element i s.k. silikat-mineral. Därnäst kommer kisel och aluminium, följt av järn, kalcium, magnesium, natrium, kalium, titan, mangan och fosfor. Oftast uttrycks den kemiska sammansättningen i form av viktsprocent oxider, alltså föreningar mellan de övriga huvudelementen och syre. Baserat på ett stort antal analyser av enskilda bergarter, och uppskattningar av deras utbredning, kan man beräkna genomsnittliga sammansättningar för den kontinentala respektive oceaniska jordskorpan, liksom jordskorpan i sin helhet.
Tabell 1: Uppskattningar av jordskorpans genomsnitts-sammansättning.
| Kontinent-skorpan | Ocean-skorpan | Kontinent-skorpan | Kontinent-skorpan | |
|---|---|---|---|---|
| Referens 1 | Referens 1 | Referens 2 | Referens 3 | |
| SiO2 (kiseldioxid) | 60,2 vikts% | 48,7 vikts% | 57,3 vikts% | 60,6 vikts% |
| Al2O3 (aluminiumoxid) | 15,2 | 16,5 | 15,9 | 15,9 |
| FeO (järnoxid) | 6,0 | 8,3 | 9,1 | 6,71 |
| MgO (magnesiumoxid) | 3,1 | 6,8 | 5,3 | 4,66 |
| CaO (kalciumoxid) | 5,5 | 12,3 | 7,4 | 6,41 |
| Na2O (natriumoxid) | 3,0 | 2,6 | 3,1 | 3,07 |
| K2O (kaliumoxid) | 2,9 | 0,4 | 1,1 | 1,81 |
| TiO2 (titanoxid) | 0,7 | 1,4 | 0,9 | 0,72 |
| MnO (manganoxid) | 0,1 | 0,2 | 0,10 | |
| P2O5 (fosforoxid) | 0,2 | 0,2 | 0,13 |
Referens 1: Ronov & Yaroshevsky, 1969: Chemical composition of the Earth´s crust. I Hart (ed.): The Earth´s Crust and Upper Mantle. Geophysical Monograph 13, American Geophysical Union, WashingtonD.C.
Referens 2: Taylor & McLennan, 1985: The Continental Crust: its Composition and Evolution. Blackwell Scientific Publications.
Referens 3: Rudnick & Gao, 2005: Composition of the Continental Crust. I Rudnick (ed.): The Crust. Treatise on Geochemistry Vol. 3, Elsevier.
Jämför man oceanskorpan med kontinentskorpan ser man att oceanskorpan är fattigare på kiseldioxid (även om SiO2 fortfarande dominerar), men rikare på järn, magnesium och kalcium. Oceanskorpan har en sammansättning påminnande om den vulkaniska bergarten basalt, vilket den till stora delar består av. Kontinentskorpan består av en stor andel kiselrika granitiska bergarter, och har en genomsnittssammansättning som liknar den granitliknande intrusiva djupbergarten tonalit eller dess vulkaniska motsvarighet andesit (se avsnittet om bergarter nedan). Detta innebär att kontinentskorpans genomsnitts-sammansättning ligger ungefär mittemellan basalt och granit.
Text och bilder: Åke Johansson
Nyfiken på planeten Jorden?
Om Jorden på rymdsidorna
Powerpoint: Plattektonik och kontinentaldrift
En powerpoint-presentation om jordklotets byggnad, plattektonik och kontinentaldrift för skolbruk (högstadium och gymnasium), framtagen av Naturhistoriska riksmuseet och Föreningen för Geologins Dag. Baserad på samma material som dessa sidor.
Plattektonik och kontinentaldrift