Jordskælv giver ny viden om vores planet

De kraftige jordskælv ved Sumatra 2. juledag og 2. påskedag har vist os Jorden fra en af sine mest voldsomme sider. Energi svarende til flere tusinde brintbomber blev frigjort, hamrede ind gennem planeten og blev registeret på danske seismografer efter 12½ minut. Faktisk stammer al vores viden om Jordens indre fra jordskælvenes seismiske bølger.

Voldsomme jordskælv ryster hele Jorden
Jordskælvet 2. juledag var så voldsomt, at selvom rystelserne fandt sted næsten 10.000 km væk på den anden side af Jorden, så gav det udslag på danske seismografer.

"Så vidt, jeg husker, ankom P-bølgen efter 12½ minut," fortæller seismolog Tine Larsen fra Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser. "Der er fart på ind gennem Jorden."
Den største rystelse fra Sumatra-skælvet 2. juledag nåede Danmark efter en time, hvor jorden i 20 sekunder hævede og sænkede sig i i alt 4 mm.
Rystelserne 2. juledag var 6 gange så kraftige som 2. påskedag, men dette efterskælv blev alligevel opfanget klart og tydeligt på de danske seismografer ligesom dusinvis af mindre efterskælv.

Seismiske bølger virker som røntgenstråler
Seismologerne bruger ikke kun deres data til at beregne Richterskala-tallet for et bestemt jordskælv. Voldsomme rystelser frigører så ufattelige mængder energi, at de tager et slags avancerede røntgenbillede af Jorden indre.

"Det, vi finder ud af omkring Jordens indre," fortæller Tine Larsen, "finder vi ud af, fordi der bliver sendt energi ind i Jordens indre. Man ser så på, hvor hurtigt de her bølger kommer tilbage til overfladen til vores måleinstrumenter. Man tager sådan en slags avanceret røntgenbillede af Jorden, hver gang der kommer et jordskælv."

"Jordskælv sender en masse energi ud i alle retninger," fortsætter Tine Larsen. "Så registrerer seismologerne, hvornår denne energi når frem til målestationer, som er fordelt over hele Jorden. Jo kraftigere jordskælv, jo kraftigere 'røntgenstråler'. Jo mere energi, man får sendt ind igennem Jorden, jo tydeligere detaljer kan man se og jo dybere kan man se."

Tværsnit af Jorden, med kappen (sort), den ydre kerne (orange), og den indre kerne (rød). Vi ved Jorden ser sådan ud fra studier af jordskælvs-energi. (c)USGS

Dynamit, bor og atombomber trænger ikke dybt
Jordens diameter er 12.740 km, så der er 6370 km til det indre af vores planet. Til sammenligning er det dybeste, vi har præsteret at bore, sølle 12 km, mens det laveste punkt et menneske har besøgt, slet ikke var i jordskorpen, men 195o'ernes besøg i dykkerklokken Trieste til Marianergravens 11 km dybde.

"Det, vi ved om Jordens indre, stammer fra studier af jordskælv," forklarer Tine Larsen. "Vi kan studere Jordens øvre lag ved at bruge eksplosioner. Det er meget almindeligt f.eks. i olieindustrien, at man sender energi ned i havbunden og så måler, hvordan den bliver reflekteret af de forskellige lag i Jordens skorpe og kommer op igen. Men man skal virkelig have meget sprængstof for at trænge mere end 30-40 km ned i jorden. Sovjetunionen lavede engang det, de kaldte "Peaceful Nuclear Explosions". Der kunne de godt nå ned på 650 km's dybde."

Men det er stadig kun en tiendedel af afstanden ind til Jordens centrum.

Kun jordskælvsenergi trænger ind til centrum
"Skal vi vide, hvordan Jordens indre er skruet sammen," forsætter Tine Larsen, "så skal vi bruge meget mere energi, end vi kan få ved at fyre nogle tons dynamit af.

Jordskælv sker alligevel. Vi kan ikke forhindre jordskælv, og de udsender en fantastisk masse energi, der bliver fordelt ud over hele Jorden. Vi kan optage jordskælvene på et hvilket som helst punkt på Jorden."

Dansk seismolog opdagede Jordens faste kerne
De billeder, vi i dag kender af Jordens tværsnit med forskellige lag som asthenosfære, kappe og kerne, stammer fra studier af jordskælvsbølger. Seismologi som en selvstændig videnskab er forholdsvis ung, og mange af de ting, som vi i dag ved om Jordens indre, er under 100 år gamle.

Sammensat seismograf fra stationer verden over, viser hvordan de seismiske bølger bevægede sig Jorden rundt fra epicentret nær Sumatra 2. juledag. Tiden går fra venstre mod højre, og afstanden fra epicentret går opad. [Se stort billede]
(c)USGS

"Jordens faste, indre kerne blev jo opdaget af en dansk forsker - Inge Lehmann," fortæller Tine Larsen. "Hun publicerede en artikel med titlen P' (udtales P-mærke) i 1936."

Indtil det årstal mente forskerne, at hele Jordens kerne var flydende. Den antagelse passede med målingerne af de seismiske bølger, der opførte sig som om, de stødte på en tyk væske i en vis afstand fra jordoverfladen og blev "fanget".

Derfor fanger den ydre kerne seismiske bølger
"Det, der sker i Jorden indre, er, at vi har en flydende ydre kerne," fortæller Tine Larsen. "Den giver Jorden sit magnetfelt - som vi er ret glade for, for det beskytter os mod mange ting. Når energien fra jordskælv kommer ned i Jordens ydre kerne, som er smeltet, så falder bølgeudbredelseshastigheden, så strålerne bliver fanget, hvis de kommer fra en bestemt vinkel. Hvis de kommer tilstrækkeligt stejlt ned, så kan de klare den, men hvis de kommer fra nogle bestemte vinkler, bliver de fanget i den ydre kerne. Det giver det, vi kalder for Jordens skyggezone, som betyder, at seismiske bølger i en bestemt afstand fra jordskælvet, ikke dukker op på seismografen."

Mystiske signaler ledte Inge Lehmann på vej
Efter et kraftigt 7,8 jordskælv ved New Zealand dukkede der alligevel nogle seismiske signaler op, hvor de ikke skulle.
"Dem kaldte man i gamle dage for P'," forklarer Tine Larsen. "For det var signaler, der ikke skulle være der. De passede ikke med teorien, for Jordens kerne var jo flydende, så der skulle ikke kunne komme noget op i den afstand, og det gjorde der alligevel.

Den verdensberømte danske seismolog Inge Lehmann, der opdagede Jordens faste indre kerne.

Det skyldtes, at energien var røget ned i Jordens indre kerne, som man ikke vidste fandtes, og som er fast. Her stiger bølgudbredelseshastigheden lige pludselig voldsomt i forhold til den ydre kerne. Så bliver strålerne sendt op og havner midt i skyggezonen."

"Det var så Inge Lehmann, der så signaler, der ikke passede med teorien. Hun satte sig ned og prøvede at regne på, 'hvordan kan vi få de bølger op til overfladen et sted, hvor de ikke skulle være?' Det kunne hun ved at postulere, at Jorden har en fast, indre kerne. Den artikel, hun publicerede i 1936, bliver stadig citeret."

Del af Grønland lå i Sumatra-skælvets skyggezone
Der er ingen, der nogensinde rent fysisk har set Jorden kerne. Men vi ved, den eksisterer på grund af Jordens magnetfelt og på grund af den seismiske skyggezone. 
"Da vi kiggede på det store Sumatra-jordskælv 2. juledag, så vi et meget klart signal på Scoresbysund seismografen i det østlige Grønland," fortæller Tine Larsen. "Men Ammassaliq, som ligger 800 km længere mod syd, havde ikke noget signal fra P-bølgen, fordi skyggezonen passede, så den lige gik imellem de to byer."

Derfor skal vi kende vores planet
Jordskælvenes voldsomme energier kan med andre ord bruges til at give os viden om den planet, vi bor på.

"Vi skal jo vide, hvad det er vi går rundt oven på," forklarer Tine Larsen. "Altså helt fundamentalt vide hvad Jorden er for en størrelse. Eller bliver ting mystiske. Jo bedre, vi kender Jorden og dens mekanismer, desto bedre kan vi forklare, når der sker ting, der påvirker mennesker. Og det er altid vigtigt at kunne give en god forklaring på, hvad det er, der er sket, når det er noget, der påvirker mennesker."