Efter de seneste skøn begyndte Jordens faste indre kerne at blive dannet for mellem en halv og en milliard år siden. Vores nye målinger af gamle sten, mens de afkøles fra magma, har imidlertid vist, at den faktisk kan være begyndt at blive dannet mere end en halv milliard år tidligere.

Mens dette stadig er relativt sent i Jordens fire og en halv milliard år lange historie, er konsekvensen heraf, at Jordens dybe indre måske ikke har været så varmt i den dybe fortid, som nogle har hævdet. Det betyder, at kernen overfører varme til overfladen langsommere end tidligere antaget, og at det er mindre sandsynligt, at den spiller en stor rolle i formningen af Jordens overflade gennem tektoniske bevægelser og vulkaner.

Den var smeltet lige efter, at Jorden blev dannet ved kollisioner i en enorm sky af materiale, som også dannede Solen. Dette skyldtes den varme, som dannelsesprocessen frembragte, og det faktum, at den konstant kolliderede med andre legemer. Men efter et stykke tid, da bombardementerne blev langsommere, afkøledes det ydre lag og dannede en fast skorpe.

Jorden indre kerne er i dag en Pluto-stor kugle af fast jern i centrum af vores planet omgivet af en ydre kerne af smeltet jern legeret til et eller andet, endnu ukendt, lettere grundstof. Selv om Jorden er varmest i sit centrum (ca. 6.000 °C), fryser flydende jern til fast stof på grund af det meget høje tryk der. Efterhånden som Jorden fortsætter med at køle ned, vokser den indre kerne med en hastighed på ca. 1 mm om året som følge af denne fryseproces.

Ved at kende det tidspunkt, hvor Jordens centrum blev tilstrækkeligt afkølet til først at fryse jern ned, får vi et grundlæggende referencepunkt for hele planetens termiske historie.

Jordens magnetfelt genereres af bevægelsen af elektrisk ledende smeltet jern i den ydre kerne. Denne bevægelse genereres af lette elementer, der frigives ved den indre kernegrænse, mens den vokser. Derfor repræsenterer det tidspunkt, hvor jernet først blev frosset, også et tidspunkt, hvor den ydre kerne fik en stærk ekstra strømkilde.

Det er signaturen af dette boost af magnetfeltet – den største langsigtede stigning i hele dets historie – som vi mener at have observeret i de magnetiske optegnelser, der er genfundet fra magmatiske bjergarter, der blev dannet på dette tidspunkt. Magnetiske partikler i disse bjergarter “låser” egenskaberne af Jordens magnetfelt på det tidspunkt og sted, hvor de køler ned fra magma.

Signalet kan derefter genfindes i laboratoriet ved at måle, hvordan stenens magnetisering ændrer sig, efterhånden som den gradvist opvarmes i et kontrolleret magnetfelt. Jagten på denne signatur er ikke en ny idé, men er først for nylig blevet gennemførlig – en kombination af, at vi har fået adgang til større mængder af måledata og nye metoder til at analysere dem.

Jorden har opretholdt et magnetfelt i det meste af sin historie ved hjælp af en “dynamo”-proces. Dette svarer i princippet til en optrækkende radio eller en cykeldreven pære, idet mekanisk energi omdannes til elektromagnetisk energi. Før den indre kerne begyndte at størkne, menes denne “geodynamo” at være blevet drevet af en helt anden og ineffektiv “termisk konvektionsproces”.

Når jern begyndte at fryse ud af væsken i bunden af kernen, blev resten mindre tæt, hvilket gav en ekstra kilde til opdrift og førte til en meget mere effektiv “kompositorisk konvektion”. Vores resultater tyder på, at denne effektivitetsbesparelse skete tidligere i Jordens historie end tidligere antaget, hvilket betyder, at magnetfeltet ville have været opretholdt i længere tid med mindre energi i alt. Da energien for det meste er termisk, indebærer dette, at kernen som helhed sandsynligvis er køligere, end den ville have været, hvis den indre del var blevet dannet senere.

Varme og pladetektonik

En køligere kerne indebærer en lavere varmestrøm over grænsen mellem kerne og kappe. Dette er vigtigt for hele jordvidenskaben, fordi det kan være en af drivkræfterne for at få tektoniske plader til at bevæge sig, og det er også en kilde til plumevulkanisme ved Jordens overflade. Vi ved, at disse processer er et resultat af konvektion i kappen, som i sidste ende skyldes, at varme strømmer ud af planeten med en hastighed, som vi kan måle ret præcist. Hvad vi stadig ikke ved, er, hvor meget af denne varme, der går tabt ved Jordens overflade, der kommer fra kappen, og hvor meget der kommer fra kernen.

Opvarmningen fra kernen menes at frembringe pustere, der vælter op lige over grænsen mellem kerne og kappe, hvilket kan være med til at drive strømningen i kappen. Vores resultater tyder på, at kernebidraget til overfladens varmestrøm er lavere end antydet af andre undersøgelser, og at subduktion i havet, når en tektonisk plade går under en anden ned i kappen, er meget vigtigere for at drive kappekonventionen end den varme, der stiger op fra kernen.

Debatten om den indre kernes alder og den deraf følgende termiske udvikling af Jorden er endnu ikke slut. Der er behov for flere palæomagnetiske data for at bekræfte, at den kraftige stigning i magnetfeltstyrken, som vi har observeret, virkelig er den største i planetens historie. Desuden er der behov for modellering for at verificere, om en anden begivenhed kunne have skabt den magnetiske styrkelse på dette tidspunkt.

Som tingene ser ud nu, tyder teori og observation tilsammen dog på, at Jorden var to tredjedele af sin nuværende alder, før den begyndte at udvikle en indre kerne – hvilket betyder, at jordforskere måske bliver nødt til at revidere deres forståelse af planetens historie.