Jordens ackretion och differentiering

Större kroppar drog till sig material allt effektivare. De kolliderade, spred ut varandra och förlorade ibland massa. Jordens tillväxt bestämdes därför av en föränderlig balans mellan sammanslagningar, sönderslitning och gravitationsväxelverkan. Om du vill få en bättre förståelse för det större sammanhanget kan du läsa om planetbildning.[4]

Ackretionen tillförde inte bara material till planeten. Den tillförde också energi. Stora kollisioner kan ha smält stora områden av den unga jorden, och upprepade nedslag kan ha avbrutit dess avkylning. Magmaocean är ett lager av smälta eller delvis smälta silikatbergarter med betydande tjocklek; begreppet innebär inte nödvändigtvis en enda sammanhängande episod som omfattade hela planeten.[6]

Avkylningen berodde inte bara på bergarternas temperatur. Atmosfären ovanför den smälta ytan kan ha bromsat värmeförlusten till rymden, medan senare nedslag tillförde energi igen. Därför leder olika ackretionsförlopp till olika smältdjup och smältningens varaktighet.[6]

Jordens sista storskaliga bildningsfas pågick i tiotals miljoner år; i vissa modellers scenarier fortsatte processen i över 100 miljoner år. Varaktigheten beror på vilka fysikaliska antaganden och data som används, så om man anger en enda sluttid för bildningen, omkring 30 miljoner år, döljer det denna osäkerhet.[8]

Den främsta förklaringen till månens ursprung bygger på en jättelik kollision med den växande jorden. Material som hamnade i omloppsbana samlades senare till månen. Enligt en välkänd version av hypotesen var den nedslående kroppen - ofta kallad Theia - ungefär lika stor som Mars, men dess storlek och kollisionsgeometri är modellantaganden, inte uppmätta fakta. Andra framgångsrika simuleringar bygger på andra inledande storleksförhållanden mellan kropparna.[9]

Jordens och månens isotopsammansättning för flera grundämnen är mycket lik. Nedslagsmodellen måste förklara denna likhet, liksom systemets rörelsemängd och månens jämförelsevis låga metallhalt. Materialet behövde inte nödvändigtvis komma enbart från jordens mantel: olika modeller skiljer sig åt både vad gäller respektive kropps bidrag och hur väl materialet blandades.[9]

Utifrån sammansättning delas jorden in i jordskorpan, manteln och kärnan. Utifrån fysikaliskt tillstånd urskiljer man också andra delar: den yttre delen av kärnan är flytande, medan den inre är fast. Dessa beskrivningar besvarar olika frågor: vad ett lager består av och hur det beter sig.[1][2]

Hur kan vi veta det utan att borra dit?

Jordbävningar orsakar vågor som färdas genom planeten. Hur lång tid de tar, hur de bryts och reflekteras avslöjar gränser djupt under ytan. Skjuvvågor passerar inte genom den flytande yttre kärnan. Mätningar av jordens svängningar ger också starka belägg för att den inre kärnan är fast. Alla dessa observationer gör det möjligt att dra slutsatser om en struktur som vi inte kan undersöka direkt.[2][13]

Den tidiga jordskorpan bildades när smält material svalnade, men senare nedslag, smältning och återvinning av material förändrade den upprepade gånger. Det är svårt att återskapa den tidens yta, eftersom det mineral som finns kvar kan vara äldre än bergarten det nu finns i. Kristallens ålder och åldern på en sammanhängande bergartskropp är olika slags bevis.[14]

Vattnet har sin egen historia.

Att få tillgång till vattnets beståndsdelar, behålla dem på planeten och få oceaner att uppstå på ytan är separata händelser. Väte kan föras dit i fast planetbildande material, införlivas i bergarter eller smälta och senare bli en del av atmosfären eller havet.

Mängden väte som uppmättes i en studie av enstatitkondritmeteoriter tyder på att material liknande det som jorden bildades av kan ha bidragit betydligt till dess vattenreserver tidigt. Det är alltså inte nödvändigt att anta att allt vatten kom genom sena nedslag av kometer eller asteroider. Forskarna undersöker fortfarande hur olika källor, vattenförlust och bevarade vattenreservoarer hänger ihop.[16]

Mineral som ger belägg för att vatten fanns tidigt ger viss inblick i lokala förhållanden. Det betyder inte att hela den unga jorden förblev sval hela tiden eller att dess yta redan liknade den värld vi känner till. Läs vidare om den tidiga jorden och livets uppkomst.[14]

Några av de bästa beläggen för jordens bildning kommer från objekt som aldrig blev en del av jorden. Meteoritisotoper hjälper till att identifiera de materialreservoarer som planeterna växte ur. En analys från 2021 visade att jorden och Mars till största delen bildades av material från det inre solsystemet, däribland en komponent som förekommer sparsamt i samlingarna av bevarade meteoriter. Ingen enskild typ av meteoriter ger en fullständig bild av vår planets recept.[19]

Olika bevis gör det möjligt att undersöka olika delar av historien.

Isotoper gör det möjligt att precisera tidpunkten för händelser och materialets ursprung. Experiment undersöker hur grundämnen fördelar sig mellan metall och bergarter. Modellering gör det möjligt att undersöka tänkbara kollisionshistorier. För att rekonstruktionen ska vara användbar måste dessa oberoende ledtrådar stämma överens.[8][3]

Jämförelser med andra steniga världar breddar denna granskning. Liknande beståndsdelar och samma fysikaliska lagar kan leda till olika förlopp för tillväxt och avsvalning. Jorden ger oss ett ovanligt detaljerat exempel att studera, och planetforskning hjälper oss att fortsätta undersöka hur brett dess historia kan tillämpas.[4]