Energientil at danne Jordens kontinenter kom fra fotosyntetisk liv
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Energientil at danne Jordens kontinenter kom fra fotosyntetisk liv

Da Jorden blev dannet for 4.567 millioner år siden bestod den af en homogen masse, som i løbet af de første par hundrede millioner år blev adskilt i kernen, kappen og skorpen. Tilmed tyder ny forskning på, at den unge Jord allerede for 4,4 milliarder år siden ikke blot havde jordskorpe, men også oceaner og atmosfære.

Men hvor er den ældste jordskorpe blevet af? Intetsteds i verden har man fundet selv de mindste spor af klipper, som er mere end fire milliarder år gamle. Til gengæld rummer alle kontinenterne bjergarter fra for 3,6 milliarder år siden. Så hvorfor gik der 600-800 millioner år fra dannelsen af den første jordskorpe, til Jorden fik stabile kontinenter?

Det traditionelle svar på begge spørgsmål er, at heftige bombardementer med meteoritter frem til for 3,9 milliarder år siden smadrede jordskorpen igen og igen. Men det tror Minik Rosing fra Geologisk Museum ikke et sekund på:

»Hvordan kan det så være, at Månen og Mars blot fik nedslagskratere, hvis meteoritterne forvandlede Jordens overflade til en grød af magma?«

I samme åndedrag slynger han endnu et spørgsmål ud, som den klassiske teori om kontinentdannelsen heller ikke rummer svar på: »Hvorfor består Jordens kontinenter af granit, som ikke findes på andre planeter og måner i solsystemet?«

Rosing nøjes ikke med at stille spørgsmål. Sammen med amerikanske og franske kolleger har han i tidsskriftet Paleo fremsat en ny teori, som besvarer dem alle: Det var fremkomsten og udbredelsen af fotosyntetisk liv, som via evnen til at høste sollyset skaffede energien til at danne den granit, som de jordiske kontinenter er bygget af.

I følge den nye teori, som har vakt betydelig international opsigt, opstod livet hurtigt efter dannelsen af verdenshavene for 4,4 milliarder år siden, og for 3,8 milliarder år siden var fotosyntetisk liv blevet vidt udbredt i oceanerne. De fotosyntetiske mikroorganismer skabte fri kemisk energi, som satte gang i forvitringsprocesser, der muliggjorde omdannelse af store mængder basalt til granit. Og så begyndte urtidens kontinenter at vokse frem.

Den første ustabile skorpe

Lad os starte med præmisserne. Vi ved fra målinger på meteoritter fra Mars og på indsamlede prøver fra Månen, at overfladen begge steder blev dannet for 4,4 milliarder år siden. For Jordens vedkommende blev der sidste år offentliggjort analyser af 4,4 milliarder år gamle zirkonkrystaller fra Jack Hills i Australien, som tyder stærkt på, at der fandtes både jordskorpe og oceaner på den tid.

Zirkoner dannes i magma under jordoverfladen ved, at zirkonium går i forbindelse med silicium og ilt. Analyser af de gamle australske zirkoners indhold af iltisotoper viser, at de blev udkrystalliseret ved relativt lave temperaturer på omkring 700 grader. Det tyder på, at zirkonerne blev dannet under havbund, hvorfra vand er sivet ned og har reageret med magmaen. Samtidig indeholder zirkonerne mere hafnium end indholdet i Jordens kappe. Hafnium opkoncentreres i jordskorpe, og det høje indhold i zirkonerne tyder på, at de blev dannet i gensmeltet jordskorpe.

Selv om Jorden efter alt at dømme havde skorpe allerede for 4,4 milliarder år siden, så er der lige så stærke indicier på, at opbygningen af kontinenterne først tog fart for 3,6 milliarder år siden. At der stort set ikke findes ældre bjergarter er i sig selv et vink med en vognstang om, at den tidlige jordskorpe var ustabil. Men det stærkeste indicium kommer fra målinger af indholdet af isotopen neodynium-142 i bjergarter overalt på Jorden.

Isotopen er et henfaldsprodukt af det radioaktive stof samarium-146, hvis halveringstid er så kort, at stoffet var forsvundet fra Jorden for 4,1 milliard år siden. Ved dannelse af jordskorpe opkoncentreres samarium-146 i kappen, mens skorpen har lavere koncentrationer. Så hvis jordskorpen havde været i stand til at stabilisere sig for 4,1 milliard år siden, ville indholdet af henfaldsproduktet neodynium-142 variere forskellige steder på Jorden. Men det er ens overalt.

»Det viser, at urtidens jordskorpe blev nedbrudt og omsmeltet i samme takt som dannelsen af ny jordskorpe,« siger Minik Rosing.

Den vigtigste energikilde til den løbende dannelse og destruktion af den tidlige jordskorpe var den varme, som strømmer ud fra Jordens indre. Jordskorpen bestod som overfladen på Månen og Mars af basalt; vulkanske bjergarter, der dannes, når kappen smelter. Basalt består af et såkaldt mineralselskab af feldspat, olivin og pyroxen, der har et smeltepunkt på omkring 1.100 grader.

Da Jorden blev dækket af oceaner for 4,4 milliarder år siden, opstod der en kemisk gradient mellem havene og jordskorpen, som startede en forvitringsproces, der skabte en ny type mineralselskab, som også indeholdt lermineraler, og som havde et lavere smeltepunkt på omkring 650 grader. Det nye mineralselskab er byggematerialet til granit.

»Tilstedeværelsen af havvandet stabiliserede det nye mineralselskab, og når skorpen blev gensmeltet, blev der ekstraheret små mængder granit. For eksempel er det sandsynligt, at de urgamle zirkoner fra Jack Hills blev dannet i granit,« siger Minik Rosing.

De mineralske byggesten til produktion af granit var altså til stede længe før opbygningen af de stabile kontinenter. Men der kom ikke rigtig gang i sagerne.

»Med tiden blev havvandet mættet med mineraler fra basalten, så den kemiske gradient blev udlignet. Derfor blev omdannelsen af basalt til granit sat på vågeblus, fordi der manglede kemisk energi,« siger Minik Rosing.

I første omgang gjorde livet ingen forskel. Selv hvis livet opstod stort set samtidig med oceanerne, var det første liv sandsynligvis primitive kemosyntetiske mikroorganismer. Og de bragte ikke ny energi til at skabe forvitring ind i systemet.

»Kemosyntetiske mikroorganismer er gratister, der henter deres energi ved at udligne kemiske gradienter. Så de har bare fået sig en gratis tur ned ad bakken. Situationen ændrede sig dramatisk, da fotosyntesen opstod, fordi fotosyntetisk liv høster solenergi, og de fotosyntetiske mikrober var derfor i stand til at tilføre store mængder fri kemisk energi til de geokemiske forvitringsprocesser,« siger Minik Rosing.

Varmen, der strømmer ud fra Jordens indre, leverer en effekt på 87 mW på kvadratmeter. »Så snart fotosyntetisk liv blev vidt udbredt i havene, fik Jordens geokemiske processer tilført en mængde fri kemisk effekt, der var tre gange større,« siger Minik Rosing.

Fotosyntesen slår til

At oceanerne faktisk var fulde af fotosyntetisk liv allerede for 3,8 milliarder år siden, har Rosing selv leveret det hidtil stærkeste indicium på. I 1999 fandt han de ældste alment anerkendte spor af liv i den 3,8 milliarder år gamle Isuaformation nær Grønlands hovedstad ­Nuuk. Fundet bestod af biologisk omdannet kulstof, som i sin tid blev aflejret på havbund.

»Det biogene kulstof blev produceret i så store mængder, at det efter al sandsynlighed blev dannet af fotosyntetiske organismer, som levede i havene på den tid,« siger Minik Rosing.

I modsætning til kemosyntetisk liv var de fotosyntetiske mikrober uafhængige af geokemiske gradienter. Spisekammeret var fuldt i form af CO2, som løbende bliver udgasset fra kappen, og sollyset gav mikroberne energien til at omdanne CO2 og vand til ilt og organisk stof. Den biologiske produktion af fri ilt og andre oxiderede kemiske forbindelser skabte stejle kemiske gradienter mellem atmosfæren, havene og jordskorpen, og det udløste fri kemisk energi, som satte tryk på forvitringsprocesserne i hidtil uset omfang. Den forstærkede forvitring ændrede Jordens geokemi, så granit begyndte at blive produceret i stor stil.

»Det centrale argument er, at når basalt omsmeltes, dannes der ny basalt. Men når forvitret basalt smeltes om, så dannes der granit,« siger Minik Rosing. »Og da granitklipper er lettere end basalt, stiger de op til overfladen, hvor de kan danne stabile kontinenter.«

Teorien giver altså et svar på, hvorfor kontinentdannelsen så småt startede for fire milliarder år siden og for alvor fik fart på for 3,6 milliarder år siden. Og efter en milliard år med kraftig granitdannelse havde kontinenterne næsten nået deres nuværende størrelse. Samtidig forklarer teorien, hvorfor Jorden er det eneste sted i solsystemet, hvor der er dannet granit i betydeligt omfang. Der har simpelt hen ikke eksisteret fotosyntetisk liv – i hvert tilfælde ikke i stor stil – på andre planeter end Jorden.

Den nye teori for kontinentdannelsen lyder besnærende, men kan den bevises? »Det bliver unægteligt svært, men vi gøre alt, hvad vi kan, for at sandsynliggøre den,« siger Minik Rosing. Faktisk bliver dette arbejde et af de vigtige forskningsemner ved Nordisk Center for Jordens Udvikling, som finansieres af Danmarks Grundforskningsfond.

Medforfatterne til artiklen i Paleo ligger heller ikke på den lade side. En af dem hører til blandt verdens førende geofysikere, og det er Norman Sleep fra Stanford University i USA. Han vil sammen med Rosing, der har fået tildelt et gæsteprofessorat på Stanford, bruge udelukkelsesmetoden til at undersøge, om der kan findes alternative forklaringer på, at kontinenterne blev stabiliseret for omkring 3,6 milliarder år siden. En anden er William Glassey fra Lawrence Livermore National Laboratory i USA, hvor man råder over store supercomputere og avancerede termodynamiske modeller. Dem vil Glassey slippe løs på energiregnskabet bag teorien i et forsøg på at afklare, om man kan undvære fotosyntetisk liv og alligevel få dannet kontinenter. Desuden vil gruppen starte et litteraturstudium, som skal vise, om der fra andre sammenhænge findes viden om mikrobielt dreven forvitring af bjergarter, som styrker eller svækker teorien.

I første omgang har den nye teori skabt seriøs interesse over alt i verden, hvor reaktionerne spænder fra begejstring til en god portion skepsis, der er naturlig over for radikalt nye tanker. Flere fagtidsskrifter har omtalt artiklen i Paleo, og Minik Rosing er blevet inviteret til at holde et af nøgleforedragene på årsmødet i Geological Society of America.

»Personligt mener jeg, at fotosyntesens opståen er den mest dramatiske begivenhed i Jordens udvikling. Fotosyntesen øgede energiindholdet i den geokemiske cyklus så enormt, at det må have ændret forholdene for altid. Derfor er fotosyntesen den mest sandsynlige forklaring på, at kontinenterne opstod og stabiliserede sig,« siger Minik Rosing.

Hvis det med tiden viser sig, at Rosing og kollegerne har fat i den lange ende, er der tale om et banebrydende gennembrud i forståelsen af Jordens udvikling. u

Kommentarer (0)