Upphitun jarðar

Flestar tilgátur gera ráð fyrir því að um einum milljarði ára eftir að jörðin varð til hafi hitastig á 400 − 800 km dýpi náð bræðslumarki járns.

Þó svo að efnisagnirnar, sem jörðinni féllu til, væru tiltölulega kaldar varð þrennt til þess að hita jarðkúluna upp. Í fyrsta lagi hitnaði jörðin er hlutir úr geimnum féllu á hana og hreyfiorka þeirra breyttist í varmaorku við áreksturinn. Í öðru lagi hækkar aukinn þrýstingur einnig hitastigið og í þriðja lagi varð klofnun geislavirkra efna til þess að mynda varma í jarðkúlunni.

Þó svo að stór hluti þessarar orku hyrfi aftur út í geiminn með geislun varð veruleg orka eftir í plánetunni sem sífellt fór stækkandi og þar sem berg er slæmur hitaleiðari varð það til þess að hitastigið hækkaði. Varmi frá geislavirku frumefnunum þóríni (Th), úrani (U) og hinum þungu samsætum kalíns (K) náði því að safnast saman á löngum tíma þótt aðeins séu fá grömm af þessum frumefnum í sérhverju tonni bergs en 1 cm³ af graníti skilar aðeins sem svarar 1 kal á milljón árum.

Aðgreining efna jarðkúlunnar

Strax í upphafi eða eftir örfá hundruð milljónir ára þegar hitinn hafði náð bræðslumarki járns og stærsti hluti jarðkúlunnar var orðinn seigfljótandi byrjuðu efnin að greinast að eftir eðlisþyngd. Járnið, um 1/3 efnanna, losnaði við hlutbráðnun og seig inn að miðju og myndaði kjarna en léttari efni stigu upp í staðinn. Við það losnaði gífurleg fallorka sem hlýtur að hafa breyst í varmaorku. Talið er að þetta hafi nægt til að hækka hitastigið um 2000°C og bræða stærstan hluta jarðar. Við yfirborðið mynduðust svo hyldjúp höf úr glóandi bergkviku. ◊ ◊

Þessi aðgreining tiltölulega einsleitrar jarðkúlu hefur líklegast verið afdrifarík fyrir sögu jarðar. Hún leiddi til myndunar kjarna, möttuls og jarðskorpu. Aðgreiningin varð líklega einnig til þess að lofttegundir sluppu til yfirborðsins þar sem þær mynduðu síðar höf og gufuhvolf.

Nú mætti ætla að öll frumefni jarðar röðuðu sér í lög eftir eðlismassa en svo er þó ekki. Þetta stafar af því að fjöldi frumefna leitast við að mynda efnasambönd sem öll eru léttari í sér og hafa lægra bræðslumark en frumefnin sjálf. T.d. mynda kísill, súrefni, ál, natrín, kalsín og kalín steindir sem kallast feldspatar. Þeir eru fremur eðlisléttir og bráðna á bilinu 700 − 1000°C. Það ætti því ekki að koma á óvart að þeir eru einmitt meðal algengustu bergmyndunarsteinda jarðskorpunnar.

Möttullinn, sem liggur á milli kjarna og jarðskorpu, er að mestu talinn gerður úr járni, magnesíni, kísli og súrefni. Því má ætla að þar finnist einkum steindirnar ólívín (Mg₂SiO₄ − Fe₂SiO₄) og pýroxen (MgSiO₃ − FeSiO₃).

Þung frumefni eins og gull og platína hafa litla tilhneigingu til að mynda efnasambönd og er því líklegt að þau hafi sokkið. Þungu geislavirku frumefnin þórín og úran voru upphaflega dreifð um jarðmassann og stuðluðu þannig að háu hitastigi jarðar en vegna þess hve þau hafa mikla tilhneigingu til að bindast oxíðum og súlfíðum stigu þau upp og settust til í jarðskorpunni. Sá varmi sem þau mynda sleppur því betur til yfirborðsins og hefur lagskipting jarðar þannig orðið til þess að kæla jörðina.

Ekki er ljóst hvernig eða hvenær höf og gufuhvolfið myndaðist. Ólíklegt er að þau smástirni sem hrúguðust saman og mynduðu jörðina hafi borið með sér lofthjúp. Til þess hefur aðdráttarafl þeirra verið of lítið. Því er líklegast að vatnsgufa og þær lofttegundir, sem gufuhvolfið mynda, hafi losnað við hlutbráðnun bergtegunda.

Orka sólarljóss hefur getað klofið vatnssameindir í efstu lögum gufuhvolfsins. Súrefni, sem þannig losnaði, hefur síðan fljótlega myndað metan, kolmónoxíð og koldíoxíð. Einnig hefur það gengið í samband við járn sem losnaði úr steindum eins og ólívíni og pýroxenum og myndaði þannig hematít (Fe₂O₃). Veruleg framleiðsla á súrefni hófst ekki fyrr en líf kviknaði og grænþörungar mynduðu súrefni í miklum mæli með ljóstillífun.

Við myndun innri og ytri kjarna Jarðar má ætla að að segulsvið og segulhvolf hennar hafi myndast en það ver yfirborðið fyrir eyðandi sólvindum. Um líkt leiti rakst stór hnöttur á jörðina og við það losnaði stórt flykki úr henni hélst á braut um hana og myndaði Mánann — tungl Jarðar.

Ætla má að myndun segulsviðsins, Mánans, vatnshvolfsins og gufuhvolfsins séu forsendur þess að lífið eins og við þekkjum það nú hafi náð að þróast á Jörðinni.