I årtionden har forskare förbryllats av två enorma, gåtfulla strukturer begravda djupt inne i jorden, med egenskaper som är så omfattande och ovanliga att de trotsar konventionella modeller för planetarisk evolution.
Nu erbjuder en studie publicerad i Nature Geoscience av Rutgers geodynamiker Yoshinori Miyazaki i samarbete med kollegor en slående ny förklaring till dessa anomalier och deras roll i att forma jordens förmåga att hysa liv.
Ovanliga strukturer djupt inne i jorden
Strukturerna, kända som stora områden med låg skjuvhastighet och zoner med ultralåg hastighet, ligger vid gränsen mellan jordens mantel och dess kärna, nästan 1 800 mil under ytan. Stora områden med låg skjuvhastighet är kontinentstora klumpar av tät, het sten. Den ena ligger under Afrika, den andra under Stilla havet. Ultralåga hastighetszoner är tunna, smälta fläckar som klänger sig fast vid kärnan som lavapölar. Båda typerna av strukturer bromsar seismiska vågor dramatiskt, vilket tyder på en ovanlig sammansättning.
”Det här är inte slumpmässiga konstigheter”, säger Miyazaki, biträdande professor vid institutionen för jord- och planetvetenskap vid Rutgers School of Arts and Sciences. ”De är fingeravtryck från jordens tidigaste historia. Om vi kan förstå varför de finns, kan vi förstå hur vår planet bildades och varför den blev beboelig.”
Lös mysteriet med jordens mantel
För miljarder år sedan var jorden täckt av ett globalt hav av magma, säger Miyazaki. När det svalnade förväntade sig forskarna att manteln skulle bilda distinkta kemiska lager, liknande fryst juice som separeras i sockerkoncentrat och vattenhaltig is. Men seismiska studier visar att det inte finns någon sådan stark skiktning. Istället bildar områden med stor-låg skjuvhastighet och zoner med ultralåg hastighet oregelbundna högar vid planetens bas.
”Den motsägelsen var utgångspunkten”, säger Miyazaki. ”Om vi utgår från magmaoceanen och gör beräkningarna får vi inte det resultat som vi ser i jordens mantel idag. Något saknades.”
Hans medarbetare drog slutsatsen att den saknade pusselbiten är själva kärnan. Deras modell tyder på att under miljarder år har element som kisel och magnesium läckt ut från kärnan till manteln, blandats med den och förhindrat stark kemisk skiktning. Denna infusion kan förklara den märkliga sammansättningen av stora områden med låg skjuvhastighet och zoner med ultralåg hastighet, som kan ses som stelnade rester av vad forskarna kallade en ”basal magmaocean” förorenad av kärnmaterial.
Källa: Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01797-y
”Vad vi föreslog var att det kunde komma från material som läckte ut från kärnan”, sa Miyazaki. ”Om man lägger till kärnkomponenten skulle det kunna förklara vad vi ser just nu.”
Konsekvenser för jordens beboelighet och utveckling
Upptäckten handlar om mer än bara kemin i jordens inre, sa Miyazaki. Interaktioner mellan kärnan och manteln kan ha påverkat hur jorden kyldes, hur vulkanisk aktivitet utvecklades och till och med hur atmosfären utvecklades. Det kan hjälpa till att förklara varför jorden har hav och liv, medan Venus är en glödhet växthuseffekt och Mars är en frusen öken.
”Jorden har vatten, liv och en relativt stabil atmosfär”, säger Miyazaki. ”Venus atmosfär är 100 gånger tjockare än jordens och består mestadels av koldioxid, medan Mars har en mycket tunn atmosfär. Vi förstår inte helt varför det är så. Men vad som händer inuti en planet, det vill säga hur den kyls ner och hur dess lager utvecklas, kan vara en viktig del av svaret.”
Genom att integrera seismiska data, mineralfysik och geodynamisk modellering omvärderade studien stora områden med låg skjuvhastighet och zoner med ultralåg hastighet som viktiga ledtrådar till jordens formativa processer. Strukturerna kan till och med mata vulkaniska hotspots som Hawaii och Island, och därmed koppla samman jordens inre med dess yta.
”Detta arbete är ett utmärkt exempel på hur en kombination av planetvetenskap, geodynamik och mineralfysik kan hjälpa oss att lösa några av jordens äldsta mysterier”, säger Jie Deng från Princeton University, en av studiens medförfattare. ”Tanken att den djupa manteln fortfarande kan bära på det kemiska minnet av tidiga interaktioner mellan kärnan och manteln öppnar upp nya sätt att förstå jordens unika utveckling.”
Med utgångspunkt i den idén säger forskarna att varje nytt bevis bidrar till att fylla luckorna i jordens tidiga historia och förvandla spridda ledtrådar till en tydligare bild av dess utveckling.
”Även med mycket få ledtrådar börjar vi bygga upp en historia som är begriplig”, säger Miyazaki. ”Denna studie ger oss lite mer säkerhet om hur jorden utvecklades och varför den är så speciell.”
Mer information: Jie Deng et al, Deep mantle heterogeneities formed through a basal magma ocean contaminated by core exsolution, Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01797-y
