Svensk ledning i kapplöpning mot Jordens inre

I hård konkurrens publicerar nu en delvis svensk forskargrupp experimentella bevis för att Jordens inre kärna består av en legering av järn och nickel som är mjukare än den kompakta järnstruktur man tidigare ansett den ha. Studien publiceras i det nya numret av den högt ansedda tidskriften Science. - Det pågår en jakt mot Jordens mitt på samma sätt som mot Sydpolen förr, och konkurrensen är stenhård. Men det ser onekligen ut som att Sverige nu är med om att gå först i mål, säger Börje Johansson, professor i den kondenserade materiens teori och en av forskarna bakom studien. Jordens kärna är den mest avlägsna platsen på vår planet. Från jordytan är det cirka 2 900 kilometer ned till gränsytan för kärnan, det djupaste borrhålet har endast nått 12 kilometer ned. De mest direkta observationer av kärnan som gjorts kommer från seismologiska studier. Men på grund av Jordens komplexa inre krävs då en omfattande insamling av data i kombination av tillförlitliga teoretiska modeller. Detta innebär att kunskapen om jordkärnan är bristfällig, men samtidigt åtråvärd. Den är av betydelse för förståelsen för bland annat jordbävningar och vulkanutbrott, liksom för kunskapen om de betingelser som råder på Jorden. Experimentella simuleringar har hindrats av svårigheterna att nå så höga tryck och temperaturer som råder i jordens inre kärna (tryck över 300 GPa, temperaturer över 5 000 K), men såväl de experimentella som de beräkningsmässiga metoderna har utvecklats under senare år, vilket satt ordentlig fart på forskningsintresset. Tills nyligen ansåg man att jordens kärna består av väsentligen järn i en mycket kompakt form på grund av det höga trycket. För fyra år sedan publicerade dock professor Börje Johansson och två kollegor i tidskriften Nature teoretiska belägg för att järnet hade en annan, mjukare struktur (s k bcc-struktur, kroppscentrerade kubiska strukturen, se bild) vid de förhållanden som råder i Jordens kärna. Geokemiska data och studier av järnmeteoriter har dock gett stöd för att jordens inre även innehåller en signifikant mängd nickel (5-15 %), vilket den nu publicerade artikeln bekräftar. I denna studie har man lyckats nå ett tryck på 230 GPa och en temperatur 3 400 K, vilket närmar sig de förhållanden som råder i jordens inre. Forskarna har använt avancerade experimentella tekniker som utnyttjar diamanter, lasrar och synkrotron röntgenstrålning, samt numeriska beräkningar i studien. Diamanter används för att åstadkomma enorma tryck, laser för att värma upp det sammanpressade järnet och röntgenstrålning för att avslöja kristallstrukturen. Resultaten visar att de drastiska förändringarna som äger rum vid de extrema förhållandena orsakas av en fasövergång från den kompakta strukturen till just den bcc-struktur som föreslogs för fyra år sedan. - När den teoretiska artikeln kom möttes teorin av skepsis från många forskare, men denna studie bekräftar förutsägelsen att järnet får en ny struktur, säger Börje Johansson. Studien visar också att det är sannolikt att jordens inre består av en nästan ren legering av järn och nickel. Tätheten hos den nya strukturen är nämligen något lägre, vilket tyder på att det behövs betydligt mindre inblandning av föroreningar av lättare grundämnen för att förklara de seismologiska observationerna, än vad man tidigare trott. Forskargruppen består av experimentalister inom geovetenskap och forskare som sysslar med beräkningar. Den leds av Leonid Dubrovinsky, som är svensk medborgare och lämnade Uppsala universitet för en tjänst i Bayreuth, Tyskland, för fyra år sedan. Av övriga tio forskare har sex arbetat eller arbetar i Uppsala, några har nu flyttat till KTH, Linköpings universitet och Tyskland. Experimenten har utförts i Grenoble och beräkningarna med hjälp av Sveriges kraftfullaste datorer, belägna vid Parallelldatorcentret PDC vid KTH och Nationella Superdatorcentret (NSC) i Linköping. Artikeln bifogas som PDF (Länk till ”bild”) För mer information, kontakta professor Börje Johansson, 018-471 36 23, 070-417 54 52, e-post: Borje.Johansson@fysik.uu.se Länk till pressmeddelande med eventuella bilder: http://info.uu.se/press.nsf/pm/svensk.ledning.id2C3.html