Tidslinje för jordens historia

Global stöld: Geologer har förlorat en miljard år

Spåren av den kanske viktigaste perioden i livets historia har försvunnit från jordens yta. I mer än 150 år har brottet förblivit ouppklarat, men nu är forskarna nära att identifiera gärningsmannen.

Spåren av den kanske viktigaste perioden i livets historia har försvunnit från jordens yta. I mer än 150 år har brottet förblivit ouppklarat, men nu är forskarna nära att identifiera gärningsmannen.

Shutterstock & Claus Lunau

Geologen John Wesley Powell spejar upp mot de branta klipporna som reser sig på båda sidor om floden. Han kan se att det är någonting som inte stämmer med de skyhöga klipporna.

Året är 1869 och Powell har begett sig ut på en expedition i de outforskade områdena av sydvästra USA.

Tillsammans med nio andra män seglar han på den farliga Coloradofloden för att undersöka och kartlägga den amerikanska vildmarken. Under den tre månader långa resan kom fyra av männen lämna expeditionen av rädsla för sina liv. Men Powell vägrar att ge upp. Han är något stort på spåret.

John Wesley Powell

1869 gav sig John Wesley Powell ut för att kartlägga det då outforskade landskapet längs floderna Green och Colorado River i USA.

© Granger/Ritzau Scanpix

Floden har fört in honom i den enorma dalgången Grand Canyon och där kan han tydligt se de olika lagren i berggrunden. Lagren består av sand, lera och kalk, som sedan planetens ungdom har lagt sig ovanpå varandra och bland annat lagrat resterna av jordens liv genom hundratals miljoner år.

Men bergens arkiv över jordens historia är långt ifrån komplett. Powell har just upptäckt att en stor del saknas.

Över en miljard år har försvunnit – bland annat den tid då jordens första djur uppkom.

I dag, mer än 150 år senare, vet forskarna att Powells upptäckt kan upprepas på samtliga kontinenter och att den saknade delen utgör mer än en miljard av vår planets historia – perioden från för cirka 1,8 till 0,6 miljarder år sedan.

Men hur har jordens bestulits på en miljard år? Forskarna har jagat förklaringen till den globala geologiska stölden sedan Powells upptäckt. Först nu är de nära att avslöja gärningsmannen.

Hela jordklotet bestals

Powells upptäckt var ett resultat av hans skarpa blick.

Under normala omständigheter bildas berglager kontinuerligt ovanpå varandra, efterhand som sand, lera och kalk lägger sig. De enskilda lagren kommer att ligga i stort sett parallellt som lagren i en tårta. Därefter kan lagren tippas på sned på grund av berggrundens rörelser, men de ligger kvar parallellt med varandra.

I Grand Canyon hade de nedersta berglagren en kraftig lutning, medan de översta var helt vågräta. Och i stället för en glidande övergång med mer eller mindre parallella lager hela vägen upp var övergången markant. Det var just det som stack ut i Powells ögon.

Sedimentlager

Berglagrens försvinnande är tydligt i Grand Canyon. Nederst lutar de mer än en miljard gamla lagren och ovanpå vilar de mycket yngre, vågräta lagren.

© Tom Bean/Alamy/ImageSelect

Den glidande övergången mellan de nedersta och översta lagren borde ha bestått av flera hundra meters berglager bildade under miljontals år. Men allt det hade försvunnit.

Powell kallade fenomenet den stora diskordansen – det vill säga den stora oöverensstämmelsen. Sedan dess har geologer daterat lagren och konstaterat att sluttningarna på sina ställen saknar berg från 175 miljoner år av jordens historia, medan de andra platserna saknar så mycket som 1,6 miljarder år.

Vad Powell inte visste var att oöverensstämmelsen var ett globalt fenomen. Det är bara på några få platser som geologer har hittat rester av de försvunna åren och därmed en av jordens mest enastående händelser – uppkomsten av de första djuren.

Forntidsdjur
© Shutterstock

Rester avslöjar viktiga milstolpar

Mer än en miljard år – perioden från för 1,8 till 0,6 miljarder år sedan – har rivits ut ur jordens historiebok. Men geologer har hittat en del spridda rester som glimtvis berättar om de år som saknas.

1 630 miljoner år sedan: Meteor krossar Australien

Den 30 kilometer breda Shoemakerkratern i västra Australien är den enda meteorkratern från den perioden som har överlevt till i dag. Kratern visar att en meteor som hade en meters bredd träffade jorden för 1,6 miljarder år sedan.

Meteor
© Shutterstock

1 500 miljoner år sedan: Svampar går sin egen väg

Jordens upp emot 3,8 miljoner nu levande svamparter ansågs länge vara växter, men de är nära besläktade med oss. Dna-analyser visar att svamparna och djurens utvecklingslinjer skildes åt för omkring 1,5 miljarder år sedan.

Svampar närbild
© Shutterstock

1 100 miljoner år sedan: Bubbla kokar USA

För cirka 1,1 miljarder år sedan var Nordamerika nära att brytas av på mitten. Orsaken var en bubbla glödhet magma som kokade kontinenten underifrån. Resterna av de så kallade magmakanalerna är synliga än i dag.

Magma
© Justinreznick/Getty Images

890 miljoner år sedan: De första djuren uppkommer

Jordens första djur dök med all säkerhet upp under denna period, men exakt när är en gåta. Dna-analyser och enskilda fossiler visar att det hände för 650-890 miljoner år sedan, samt att de första djuren kanske liknade dagens svampdjur.

Svampdjur
© Shutterstock

Luckan i berglagren är synlig på alla kontinenter, även den europeiska. Där kan undersidan av Powells diskordans bland annat ses på det helt plana och nedslitna urberget, som täcker stora delar av Sverige, Finland, Norge och nordvästra Ryssland.

Och på alla platser är det ungefär samma period som har försvunnit – en period som börjar för mellan 2 och 1,5 miljarder år sedan och slutar för omkring 600-550 miljoner år sedan.

Forskarna vet följaktligen mycket lite om vad som hände på jorden under nästan en fjärdedel av planetens historia.

Envis jätte slets ned

Globalt sett är mängden saknade berg nästan obegripligt stor och därför måste processen som fick dem att försvinna ha sträckt sig över en mycket lång tidsrymd. Forskarna söker alltså efter en gärningsman som har existerat i hundratals miljoner år.

Jordklotet förändras konstant till följd av sin tektoniska aktivitet. Nya oceaner och bergskedjor bildas hela tiden och bara några få geologiska skapelser lyckas överleva i längre perioder.

Ändå har forskarna lyckats identifiera flera kandidater som både var på rätt plats vid rätt tid, samt hade gott om tid att genomföra bergsstölden.

Efterhand som geologerna samlade in alltfler bevis, så dök även avvikelser upp.

En av de möjliga gärningsmännen är superkontinenten Nuna – även kallad Columbia. Geologerna vet fortfarande mycket lite om Nuna, men den enorma kontinenten bildades troligen för 1,8 miljarder år sedan och existerade i minst en halv miljard år, vilket är dubbelt så länge som andra superkontinenter i jordens historia.

Nunas långa livslängd innebar att hela jordklotets landyta låg någorlunda stilla och oförändrad tillräckligt länge för att väder och vind skulle kunna slipa ned den jämnt. Detta skulle i så fall resultera i att enorma mängder berg försvann överallt.

Teorin såg först vettig ut; bland annat stämmer tidpunkten för Nunas födelse nästan perfekt med inledningen på Powells diskordans vid Coloradofloden. Men efterhand som geologerna samlade in alltfler bevis, dök även avvikelser upp.

En kinesisk studie från 2019 visade exempelvis att nedbrytningen av berg i Kina började efter att Nuna hade delats.

Bulldozer pulvriserade jorden

Problemen med Nuna-teorin har fått forskarna att se sig om efter en annan gärningsman. Deras uppmärksamhet riktades bland annat mot en bjässe som potentiellt kan avlägsna tontals av berg från hela planeten på rekordtid: en global istid.

Is i form av glaciärer är så tjock och tung att den flyter som en seg massa och krossar allt i sin väg. Under den senaste istiden, som slutade för 11 700 år sedan, schaktade isen bland annat bergen i norra Skandinavien och förde den krossade materian söderut, där den i dag utgör jordytan i Danmark och södra delen av Sverige.

Under en global istid täcks i stort sett hela jordens landyta av glaciärer, medan haven täcks av havsis.

Jorden har genomlevt flera globala istider, men speciellt en av dem – Sturtistiden, som inleddes för 717 miljoner år sedan – har väckt forskarnas intresse. Isen var då så omfattande att hälften av allt vattnet på jorden i perioder var djupfryst.

Isen täckte dock knappast planeten under hela den tiden. I stället svängde klimatet mellan kalla och mildare perioder, men isen tinade helt först för drygt 660 miljoner år sedan.

Glaciärerna skövlade med andra ord marken under mer än 55 miljoner år och har därmed haft tid på sig att skapa Powells diskordans.

Enligt den amerikanske geologen C. Brenhin Keller är istiden den skyldige. Han menar att Sturtistiden i genomsnitt avlägsnade 1,6 kilometer av kontinenternas yta genom att stöta ned den i havet. Och 2018 satte han sig ned med en grupp kolleger för att hitta resterna av de gamla bergen.

Forskare hittar spår efter tjuven

I jordens oceaner bildas det konstant ny havsbotten när magma från jordens inre pumpas upp och stelnar. Samtidigt försvinner motsvarande mängd gammal havsbotten ned under jorden i stora sprickor kallade subduktionszoner, som oftast ligger längs kontinenterna.

Om en global istid stötte ned pulvriserad sten i havet för 660 miljoner år sedan, skulle den för länge sedan ha dragits ned under jorden via subduktionszonerna. Men C. Brenhin Keller visste att den inte hade försvunnit för alltid.

Sten innehåller ofta mineralet zirkon, som är extremt hållbart. När stenen dras ned i subduktionszonerna kan den smältas ned i jordens inre och komma upp till havsbottnen igen via vulkanisk aktivitet – och under denna process förblir zirkonerna oförändrade.

Zirkonkristall

De extremt hållbara zirkonkristallerna finns i många olika bergarter. I de flesta fall är kristallerna dock mikroskopiskt små.

© Martin Heigan

Därför undersökte Keller och hans kolleger just zirkoner – totalt 30 000 stycken – från jordens hela historia. Zirkonerna kan avslöja sitt eget upphov med hjälp av två ämnen i deras inre: hafnium och syre.

Både hafnium och syre finns i olika varianter i så kallade isotoper, och förhållandet mellan mängderna av de båda isotoperna visar om zirkonerna kommer från den yttre delen av jordens skorpa eller om de har bildats i jordens inre.

Kellers studie visade att en enorm mängd zirkoner från den yttersta delen av jordklotet – sannolikt från kontinenternas yta – hade hamnat på havsbottnen under Sturtistiden. Resultaten antydde alltså på att isen var den primära gärningsmannen bakom bergens försvinnande.

Andra forskare är dock inte övertygade. Enligt dem skulle inte glaciäris kunna skapa ett så enhetligt avtryck tvärs över hela jordklotet, eftersom is glider över en del områden och eroderar andra.

Och en ny studie av geologen Michael DeLucia ser ut att ge kritikerna rätt. Den avslöjar att nedbrytningen av jordens berg började långt före istiden.

Kristaller pekar ut ny bov

Michael DeLucia och hans kolleger använde sig 2018 av en ny metod, när de analyserade en bergformation i Missouri, USA, som är förvillande lik det som John Wesley Powell såg i Grand Canyon.

500 miljoner år gamla berg ligger direkt ovanpå 1,4 miljarder år gammalt berg. Precis som C. Brenhin Keller studerade DeLucia även bergens zirkoner, men riktade in sig på helium i stället för hafnium och syre.

Inuti en zirkonkristall sönderfaller uran och torium till helium. När kristallen befinner sig djupt under jorden är temperaturen hög, vilket gör det möjligt för helium att lämna kristallen. Men om bergen på jordytan slits ned kommer zirkonet närmare jordytan och dess temperatur faller, varpå helium inte längre kan slippa ut.

Utifrån den mängd helium som har ansamlats i kristallerna kan forskarna därför konstatera när jordens yta bröts ned.

DeLucia använde zirkonerna i de olika berglagren till att visa att gärningsmannen bakom Powells diskordans inledde sitt arbete redan för 850 miljoner år sedan – omkring 80 miljoner år innan Sturtistiden inleddes.

I det område som i dag utgör den amerikanske delstaten Missouri, berövades kontinenten från och med då minst sex kilometer berg.

Den nya brottstidpunkten sammanfaller med ännu en väsentlig händelse i jordens historia: Uppbrottet av superkontinenten Rodinia. Och enligt DeLucia är det långt ifrån någon slump.

Innan en superkontinent går sönder lyfts de centrala delarna av landmassan och ju högre landskapet ligger, desto snabbare eroderas det av väder och vind. Därmed skulle uppbrottet ha orsakat en markant nedbrytning av jordytan.

Men det är fortfarande något som inte stämmer.

Brickorna faller på plats

I Kanada gjorde geologen Colin Sturrock och två av hans kolleger en överraskande upptäckt 2021. Enligt Sturrock visar gruppens studie att orsaken till bergens försvinnande i Kanada är en så kallad mantelplym.

Mantelplymer är varma bubblor i jordens så kallade mantel – det lager som ligger under planetens yttersta skal, skorpan. Bubblorna kan vara flera hundra kilometer i diameter och stiger uppåt ända nedifrån gränsen till jordens kärna på omkring 2 900 kilometers djup.

Plymernas höga temperatur ger dem låg densitet, vilket innebär att bubblorna rör sig uppåt som korkar som försöker komma upp till ytan. De pressar därför jordytan underifrån, så att landskapet lyfts och blir mer sårbart för väder och vind.

Mantelplymer skapar alltså ökad erosion – men erosionen sker bara lokalt, inte globalt.

En glödhet bubbla från jordens inre lyfte för 650 miljoner år sedan upp det kanadensiska landskapet högt i luften, så att väder och vind kunde slita bort minst tre kilometer av områdets yta.

Underjordisk magma
© Claus Lunau

1. Kärnan värmer upp manteln

2 900 kilometer under jordens yta börjar planetens glödheta kärna att värma upp det överliggande lagret, manteln. Processen skapar en bubbla av varm mantelmateria med låg densitet, som långsamt stiger upp mot ytan.

Underjordisk magma
© Claus Lunau

2. Bubbla lyfter landskapet

Bubblan närmar sig undersidan av jordens yttersta skal, skorpan, och lyfter upp hela landskapet flera kilometer. Den högt upplyfta jordytan är mer utsatt för väder och vind, som långsamt börjar erodera bort de översta berglagren.

Underjordisk magma
© Claus Lunau

3. Väder och vind sliter på berget

Efterhand som bubblan sprids och kyls ned, slutar den att lyfta upp landkskapet. Men erosionen fortsätter arbetet tills flera kilometer berg har slitits bort och hela ytan är platt som en pannkaka.

Underjordisk magma
© Claus Lunau

4. Nya lager täcker gamla

De översta lagren har slitits bort och därför blottas nu urgamla berg. Efterhand täcks berget dock av nya avlagringar och bergformationer som dem i Grand Canyon bildas.

Precis som Michael DeLucia använde även Sturrock sig av zirkonernas heliumhalt för att datera bergens nedbrytning. Analysen visade att händelsen i Kanada ägde rum för 650 miljoner år sedan – det vill säga 200 miljoner år senare än vad DeLucia hade kommit fram till i Missouri.

Förklaringen är enligt Sturrock uppenbar och kan äntligen knyta ihop alla motriktade bevis: Brottet hade mer än en gärningsman.

I Kanada var mantelplymen delaktig och i Missouri var det Rodinias uppbrott. På andra platser kan Sturtistiden eller den långlivade superkontinenten Nuna ha spelar en väsentlig roll. Det skenbart likartade globala fenomenet har i själva verket, enligt Sturrock, orsakats i maskopi mellan flera våldsamma händelser som ägde rum med hundratals miljoner års mellanrum.

Teorin ger en elegant förklaring till varför brottstidpunkten inte är densamma överallt på jordklotet. Alla forskare har dock inte släppt idén om att en av gärningsmännen är mer skyldig än de andra.

De har nu satt i gång med att med hjälp av DeLucias heliumteknik och flera andra metoder gå igenom brottsplatser utanför Nordamerika och på så sätt avslöja nya spår i världshistoriens största stöld – ett rättsfall som började med John Wesley Powells enkla iakttagelse 1869.

Genombrott: Forskare hittar jordens första djur

Jordens tidigaste djur har hittills varit en gåta för forskarna. Deras kvarlevor såg länge ut att ha försvunnit i den geologiska tidsstölden, som avlägsnade en miljard års sten från planetens yta. Men nya fynd avslöjar nu hur jordklotets första djur såg ut.

Läs hela historien här.