Hvorfor er Jorden stadig varm og glødende indvendigt?

Gennem filosofi, religion og rumrejser søger vi mennesker svar, på alt det vi ikke forstår.

Tryllebundne og fascinerede af de intellektuelle discipliner glemmer vi, hvor lidt vi egentlig ved, om de ting der foregår lige under fodsålerne på os – i Jordens indre.

Men heldigvis bliver vi hevet helt ned under jorden takket være følgende spørgsmål fra en undrende læser Sebastian:

»Hvordan kan det være, at Jorden er glødende indvendigt og ikke for længst afkølet? Hvis der er tale om termonukleare processer, en slags atomkraftværk midt inde i Jorden, der er varmekilden, hvorfor er det nukleare brændstof ikke for længst opbrugt?«

Det er nogle gode spørgsmål, så dem sender vi fluks videre til to videnskabsmænd, der kan opklare sagen.

Kort fortalt: Jordens historie

Inden vi når til svarene, bør vi dog nok lige ridse op, hvordan det nu er, Jorden er opbygget, og hvordan den er blevet til.

Hvis du allerede ved det, kan du jo bare springe dette afsnit over.

Jorden består, groft set, af en skorpe, en kappe og en kerne:

1. Skorpen er det yderste lag. Det er her, at alle levende organismer findes. Skorpen er forholdsvis tynd og er fast i modsætning til den underliggende kappe og Jordens kerne. Skorpen er 5-10 km tyk under oceanerne og 70 km tyk under kontinenterne.
2. Under skorpen ligger kappen, der dækker over yderligere tre lag; den øverste-, mellemste- og nederste kappe. Hele kappen strækker sig fra sit yderste lag, hvor dybden som nævnt er mellem 5 og 70 km, og hvor de faste tektoniske plader glider rundt på det underliggende, bløde og flydende mellemste lag, og til det nederste lag, der går ned til en dybde på cirka 2.880 km, og som er fast på grund af et højt tryk.
3. Under kappen finder vi kernen, der er delt op i et ydre og indre lag, som begge primært består af jern. Den ydre kerne er cirka 2.257 km tyk, er flydende og varm og strækker sig fra 2.900 til 5.150 km i dybden. Den indre kerne er, på grund af det store tryk, fast og strækker sig fra 5.150 til 6.371 km i dybden.

Jorden blev skabt gennem en kollision af en masse store klumper af metal som krom, jern og nikkel, der alle trak sig sammen mod Jordens centrum på grund af tyngdekraften.

De mange sammenstød og visse radioaktive isotoper opvarmede klumperne, så de smeltede sammen og skabte Jordens kerne.

Sidenhen er skorpen blevet dannet ved opsmeltning af kappen, der på den måde har fået sin nuværende sammensætning.

Jorden har en udløbsdato

Således klogere kan vi kaste os over læseren Sebastians spørgsmål, hvilke der dog, som altid, ikke findes et enkelt svar på.

Kenni Dinesen Petersen, som er ph.d. i geologi og post.doc ved Aarhus Universitet, indleder:

»Det er et godt spørgsmål, og svaret er nok ikke helt enkelt, da det forudsætter, at vi ved en række ting, som vi geofysikere og geokemikere endnu ikke helt har styr på.«

Først og fremmest har spørgeren helt ret i, at Jorden med tiden gradvist bliver kølet ned og på den på den måde kan siges at have en udløbsdato, fortæller han.

Det bekræfter adjunkt i geologi ved Københavns Universitet Kristoffer Szilas ligeledes over for Videnskab.dk.

De to forskere peger dog begge på, at det vil tage en ‘lille’ rum tid, før vi når denne udløbsdato.

Jordens indre som energikilde

For at forstå den bemærkning er det nødvendigt at vide, at den varme, der konstant afgives fra Jordens indre den dag i dag, skyldes en kombination af to ting:

1. Dels den tilbageværende varmeenergi fra Jordens dannelse som følge af kollisioner af de asteroider, der dannede vores klode.
2. Dels små koncentrationer af et naturligt radioaktivt henfald af radioaktive grundstoffer.

Så man kan sagtens sige, at vi har, hvad man kan kalde en slags atomkraftværk i Jordens indre.

Grunden til, at ‘brændstoffet’ i Jordens indre atomkraftværk endnu ikke er opbrugt, er, at energien derinde er ekstremt svær at udnytte, da den kun afgiver meget lidt af denne energi til overfladen naturligt.

Desuden har vi en energikilde foroven, som er meget mere effektiv: Solen.

»Varmen fra Jordens indre udgør kun 0,03 procent af det totale energibudget ved Jordens overflade, resten domineres faktisk af solstråling,« forklarer Kristoffer Szilas.

Gennem geotermiske anlæg har vi dog fundet ud af at udvinde energi fra Jordens indre, men kun i en meget lille grad.

Vi udnytter således kun en brøkdel af den mængde energi, der findes i kappen og længere nede i kernen, og som vi nok aldrig vil kunne udnytte ifølge Kristoffer Szilas.

Konvektion: En uendelig bytteleg

Grunden til, at Jorden afgiver så lidt energi og varme til overfladen, skyldes, at varmen ledes ekstremt langsomt bort fra Jordens kappe.

For at forstå dette skal vi stifte bekendtskab med et begreb, der hedder konvektion.

Konvektion er meget forsimplet en bevægelse eller en cirkulation, der sker i væske eller gas – i denne forbindelse flydende materiale fra Jordens kappe – når der sker forandringer i temperaturen.

Præcis, som man kender det fra en lavalampe eller varm grød på kogepladen.

Du kan forestille dig, at når noget afkøles i overfladen, køles det ned, så massefylden stiger. Det kolde materiale synker så ned og bytter plads med det varmere materiale.

Denne konstante omrøring gør, at afkølingen kan gå meget hurtigere, end hvis den ikke var der, forklarer Kenni Dinesen Petersen, som sammenligner det med, da han i morges rørte rundt i sin datters havregrød, for at den skulle blive hurtigere kold.

»Konvektionen er afgørende for at bestemme, hvor hurtigt afkølingen (af Jorden, red.) foregår,« tilføjer han.

Afkøling sker først om 300 milliarder år

Efterhånden som Jorden køles ned, bliver konvektionsbevægelserne også langsommere, da kappen så bliver mere tykflydende.

En dag må konvektionen, og dermed også pladetektonikken, derfor formodes at gå i stå.

Dette kan meget vel være sket allerede for mindre planeter, måner og asteroider – men for Jorden er der lang vej igen.

En afkølingen af Jordens flydende kappe vil således ikke være sket før om cirka 300 milliarder år, vurderer Kenni Dinesen Petersen.

Ekstra spørgsmål: Er det sket på Mars?

En af årsagerne til, at vores undrende læser spurgte ind til Jordens indre, var, at Mars tilsyneladende også var varm indeni engang, men at den nu er afkølet.

Det er dog ikke helt korrekt.

Mars er en kold planet med en gennemsnitstemperatur på minus 63 grader, men det betyder faktisk ikke, at den er fuldstændigt afkølet og fast indeni – selvom den er mere fast og kold end Jorden.

»Mars har faktisk stadig en delvist flydende metallisk kerne, og da dens kappe og skorpe har samme kemiske udgangspunkt (som Jordens, red.), må den oprindeligt have været ligeså radioaktiv som Jorden,« forklarer Kristoffer Szilas.

Mars har ikke tektoniske plader

Man ved dog ikke helt præcist, hvorfor Mars ikke er ligeså radioaktiv som Jorden mere.

»En mulig forskel på Mars og Jorden er Jordens tektoniske plader, der blandt andet skaber direkte forbindelser mellem den flydende kappe og overfladen, som man kender det fra vulkanudbrud,« forklarer Kenni Dinesen Petersen.

På Mars har man ikke oplevet et vulkanudbrud i 400 millioner år, og der findes ikke tektoniske plader, og de har muligvis kun eksisteret i en begrænset periode af planetens historie.

Det rejser spørgsmål om, hvorvidt der stadig er konvektion i Mars’ indre, eller om konvektionsstrømmene foregår så dybt nede, at de ikke har påvirket Mars’ skorpe ved for eksempel vulkansk aktivitet, fortæller Kenni Dinesen Petersen, der tilføjer, at forskellen på Mars og Jorden også kan skyldes, at Mars er mindre end Jorden.

Selvom der ikke skulle findes konvektion på Mars, så kan man dog måle, at der stadig strømmer varme ud af planetens overflade.

Denne varmestrøm svarer til cirka en fjerdedel af Jordens gennemsnitlige varmestrøm, og det er et udtryk for, at Mars heller ikke er afkølet endnu.

NASA sender til maj i år en Marssonde af sted, som måske kan være med til at forbedre vores forståelse af disse forhold.

Ingen grund til panik

Når alt kommer til alt, er der altså ingen grund til at være bange for, at Jordens indre atomkraftværk lukker ned lige foreløbigt.

Man bør nok hellere rette sine bekymringer mod andre ting, da vi nok aldrig kommer til at opleve en afkøling af Jorden, inden planeten er ødelagt af andre katastrofer.

»Man kan groft sagt sige, at den tid, det vil tage Jorden at miste sin indre varme, er længere, end den tid, det vil tage for Solen at opbruge sit hydrogen og blive en rød kæmpe, der til sidst opsluger Jorden,« fortæller Kristoffer Szilas.

Vi slutter med den solstrålehistorie og sender Sebastian en Videnskab.dk-T-shirt som tak for spørgsmålet.

Husk, at du altid kan sende en mail til sv@videnskab.dk, hvis du brænder inde med noget og har brug for at blive kølet ned.