Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Meteoriter gav jorden första hjälpen

Ett kemiskt fingeravtryck i en fyra miljarder år gammal ­grönländsk sten löser en av ­vetenskapens stora gåtor: Hur kol och vatten gjorde ­jorden beboelig. Upptäckten kan få avgörande betydelse för var i ­universum vi kan hitta liv.

SPL

Om och om igen lyses himlen upp över jordens karga, mån­liknande landskap. Skurar av jättelika kosmiska stenblock tränger in i den tunna, giftiga atmosfären och börjar brinna.

Planeten skakas av otaliga nedslag, men bomb-ardemang­et efterlämnar inte bara ett inferno av förödelse. Det sår också livets frö. Med sig har meteoriterna nämligen viktiga kemiska föreningar som den unga jorden saknar för att kunna utvecklas till framtidens blå och gröna paradis.

Flera tidigare studier har tytt på att jord­en i sin späda ungdom hade en snustorr yta och att den fick syre och väte först långt efter sin födelse.

Nu har en internationell forskargrupp ledd av geologen Mario Fischer-­Gödde vid universitetet i Köln, Tyskland, slutligen bevisat hypotesen.

Miljontals kolkondriter som regnade ner över den unga jorden gjorde ytan fuktig och bördig.

© Ritzau Scanpix

Livet kom från det yttre solsystemet

Jorden har inte alltid varit en oas för liv, som den är i dag. Den nyfödda planeten var flytande vilket ledde till att vissa livsviktiga komponenter drogs in i kärnan, medan andra troligen saknades helt.

Det gjorde jorden till en ogästvänlig ödemark. Ny forskning visar dock att ett livgivande bombardemang av så kallade kolkondritmeteoriter gav jorden viktiga ämnen som syre, väte och kanske till och med aminosyror från solsystemets yttre delar.

Syre och väte kombinerades till vatten, medan aminosyrorna utgjorde proteinernas byggstenar.

Dokumentationen kommer från en uppseendeväckande sten som hittats utanför Grönlands huvudstad Nuuk. Upptäckten är inte bara viktig för historien om jorden utan kan också få enorm betydelse för forskarnas sökande
efter liv i övriga universum.

Faner skapade grogrund för liv

Meteoritbombardemanget som förde vatten till jorden har på engelska fått beteckningen the late veneer.

Med ordet late avses att det var en för­senad leverans av materia jämfört med majoriteten av jordens massa, som praktiskt taget samlades samtidigt när planeten bildades för 4,54 miljarder år sedan.

Veneer, som betyder ”faner”, en tunn skiva av trä på exempelvis möbler som ger dem en vacker yta.

Livgivande ämnen kom sent till jorden

Fyndet av ett särskilt slags berg på Grönland visar att jorden inte skapades på en gång, utan att ett sent meteoritbombardemang ­förde med sig viktiga kemiska beståndsdelar.

  • © ken ikeda madsen

    Små klumpar ­bildade jorden

    Jorden bildades när materia som ­kretsade på ungefär samma avstånd från solen samlades till allt större klumpar till följd av ­gravitationen. Eftersom ­jorden var stekhet och ­flytande drogs de tunga grundämnena, till exempel järn och guld, in mot mitten och bildade kärnan.

  • © ken ikeda madsen

    Kollision bildade månen

    Några miljoner år efter sin bildning kolliderade jorden med Theia, en planet stor som Mars. Även om jorden haft vatten från början ­skulle det vid det här laget ha ­förångats. Theias ­järnkärna sjönk till botten, medan ­lättare material slungades ut i rymden och bildade ­månen.

  • © ken ikeda madsen

    Meteoriter blåste liv i ytan

    Efter ytterligare ett par miljoner år träffades jorden av ett ­meteoritregn – det så kallade sena faneret. ­Meteoriterna innehöll vatten, kol och en rad andra ämnen som annars hade försvunnit ner i jordens kärna. ­Tillförseln av nya ämnen förändrade kemin i jordens mantel.

  • © ken ikeda madsen

    Det avgörande beviset dyker upp på Grönland

    År 2019 hittar forskarna en sten på Grönland som innehåller spår av manteln så som den såg ut före det sena faneret. Därmed kan forskarna bevisa att meteoritregnet ägde rum och att det innehöll en stor mängd kolkondriter.

För jordens del var faneret ett tunt lager av olika grundämnen som var omistliga för livets uppkomst.

Tanken att meteoriter kan ha täckt jorden med ett sent faner väcktes för att ädelmetaller som guld och platina i dag finns nära marken.

När jorden bildades hamnade nämligen alla tunga metaller i kärnan. Orsaken till det står att finna i det sätt på vilket solsystemets inre stenplaneter bildades.

Materia samlades till planeter

När den nyfödda solen tändes för 4,6 miljarder år sedan omgavs den av en så kallad protoplanetär skiva av materia.

Medan skivan kretsade runt den nybildade solen samlades materia i allt större klumpar, tills endast en stor himlakropp dominerade i en viss omloppsbana.

Jorden, som slog läger drygt 150 miljoner kilometer från solen, dammsög denna zon av rymden på materia, medan exempelvis Mars intog en bana drygt 225 miljoner kilometer från solen.

Det sena faneret kryddade jordens yta

Jorden skulle inte vara densamma utan de viktiga ämnen som meteoritbombardemanget förde hit. Förutom att vara ett livlöst klot skulle många viktiga metaller också saknas.

Jorden röjde sin bana så snabbt att energin från kollisionerna fick den nyfödda planeten att smälta. I en flytande planet sjunker tyngre grundämnen till botten i en process som kallas differentiering.

Det rörde sig huvudsakligen om järn, som sjönk och blev till jordens kärna, medan lättare grundämnen som kisel, syre och aluminium steg upp och bildade jordens två yttre lager: Skorpan och manteln.

Fördelningen av jordens materia och sorteringen av ämnen upphörde troligen några miljoner år efter det att planetens bildats.

3 miljoner dinosauriedödande, tio kilometer stora asteroider motsvarade det sena faneret.

Sammen med jern forsvandt også størstedelen af de grundstoffer, kemikerne betegner som “jernelskende”, fra overfladen.

Et af dem er det hvide, hårde grundstof ruthenium, der spiller en helt afgørende rolle i den nye opdagelse.

Jakten på tidskapslar inleds

Rutenium, som tillhör gruppen lätta platina­metaller, förekommer i naturen i sju stabila isotoper – det vill säga varianter av samma grundämne som skiljer sig åt genom att de har olika många neutroner i atomkärnan.

Variationen ger isotoperna olika vikt och därmed små skillnader i hur de exempelvis reagerar kemiskt. När ett stjärnsystem bildas uppstår ett otal mikroskopiska skillnader i isotopfördelningen av grundämnen i olika himlakroppar.

Det gäller även isotoper av rutenium.

Forskargruppen från Köln, i vilken bland andra den danske geologen Kristoffer Szilas från Köpenhamns universitet ingick, tittade därför på isotop-fördelning­en i olika grupper av meteoriter, som kan ge svar på när bombardemanget träffade jorden, vilken typ av meteoriter det innehöll och varifrån de kom.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Forskarna räknar enstaka atomer

När forskare vill studera den exakta kemin i ett stenprov använder de en så kallad masspektrometer. Provet pulvriseras, varefter gaser av de olika ­ämnena fortsätter i ett magnetiskt hinderlopp.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Laser och plasma ­omvandlar sten till gas

    En laser förångar en sten. Gasen leds sedan till 10 000 grader varm ­argonplasma, som omvandlar ­stenens grundämnen till joner. Dessa skjuts in i masspektrometern.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Oönskade ämnen viker av åt sidan

    Gasen passerar genom ett magnetfält som avleder ­joner med en viss massa och laddning, och sorterar bort ­oönskade ämnen. Lätta joner och joner med tre extra elektroner böjs av mest.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Detektorer registrerar avslöjande joner

    Ett antal detektorer räknar de aktuella jonerna. Vissa masspektrometrar kan ­spåra isotoper av metaller som ­rutenium i koncentrationer lägre än en biljondel av hela provet.

Innan forskarna kunde bevisa att meteor­itbombardemanget över huvud taget ägt rum behövde de jämföra ruteniums fingeravtryck i tre olika så kallade geo­kemiska tidskapslar.

Två av dessa kapslar hade forskarna redan tillgång till: Jorden av i dag och kolkondriter, en särskild grupp av meteoriter.

Denna meteorittyp, som består av upp till 22 procent vatten, är en bra kandidat till att ha fört det livgivande faneret till jorden.

22 procent vatten innehåller så kallade ­kolkondritmeteoriter.

För att verkligen förstå sambandet saknade emellertid forskarna den tredje tids­kapseln, ett exempel på den tidiga jordens innehåll av rutenium. Här kom en grönländsk sten som en skänk från jordens inre.

Analys avslöjade gammal kemi

Tillsammans med sina kollegor hittade nämligen Kristoffer Szilas ett mycket speciellt stenblock utanför Nuuk. Berget bakom staden innehåller planetens kanske äldsta skorpa och kan därmed ge en enastående inblick i planetens tidigaste historia.

Berggrunden i området utgörs huvudsakligen av tonalitisk gnejs, en relativt ljus och lätt bergart som består av magma som stelnat under marken och därefter delvis omvandlats av tryck och temperatur.

Inlagrade i gnejsen låg så kallade linser av en mörkare, ännu äldre sten. Forskarna vet inte exakt hur berget med linserna har bildats, men Kristoffer Szilas är övertygad om att det är en rest av en av planetens allra första landmassor.

Följ med forskarna till Grönland och se jordens äldsta klippor

Långt innan plattektoniken kom i gång och skapade egentliga kontinenter täcktes jorden av ett hav av magma som stelnade ovanifrån.

Skorpan av stelnad magma blev med tiden så tjock och därmed varm undertill att mineraler med låg smältpunkt åter­igen blev flytande och bildade ny magma med en annan kemi.

Den nya magman skapade den tonalitiska gnejsen på Grönland, som enligt Kristoffer Szilas sedan samlade upp linser av den mörka bergarten.

Det är inte så viktigt huruvida linserna är 3,8 miljarder år gamla liksom den omgivande tonalitiska gnejsen eller ännu äldre.

Det viktiga är att de låg långt ner i marken, möjligtvis 30 000 meter ner, när det sena fanerets meteoriter slog ner och därmed förblev opåverkade av de ämnen som bombardemanget tillförde.

30 kilometer av Grönlands yta har eroderat bort under de senaste fyra miljarder åren.

Till forskarnas stora lycka har linserna inte bara överlevt i miljardtals år. Under tiden har 30 kilometer av ytan eroderat bort, vilket har gjort att det urgamla berget nu ligger blottat.

När Kristoffer Szilas och de övriga forskarna tog med sig ett stenprov av berget hem till laboratoriet och undersökte vilka grundämnen stenen innehöll hittade de exakt vad de letade efter.

Den danske geologen Kristoffer Szilas har med hjälp av en fyra miljarder år gammal grönländsk sten kunnat visa hur den unga jorden såg ut.

© Kent Pørksen

I stenen hittade forskarna isotoper av rutenium och kunde därmed utgöra den tredje geokemiska tids­kapseln från den unga jorden.

Rak linje visar kosmisk cocktail

Forskarna undersökte proportionen mellan isotoperna rutenium-100 och rutenium-101 samt rutenium-101 och rutenium-102 i tids­kapslarna från den unga jorden, från jorden i dag och från kolkondritmeteoriterna.

När geologer talar om isotopproportion­en avser de avvikelser i proverna i förhållande till en definierad standard.

När det ­gäller rutenium är standarden den genomsnittliga fördelningen av isotoperna i den del av planeten som kallas manteln.

Om isotopproportionen i vår nuvarande jords mantel får värdet noll kan andra proportioner identifieras som antingen över eller under, varefter tidskapslarnas rutenium­avtryck läggs in i ett koordinatsystem med två axlar.

När jordens nuvarande sammansättning av rutenium och sammansättningen i kolkondriterna läggs in bildas en rak linje. Exakt på den linjen ligger även ruteniumproportionen i den grönländska stenen, fast i motsatt riktning till kolkondriterna.

Jorden är den perfekta blandningen

Jordens nuvarande kemi är en perfekt blandning av de kemiska byggstenarna i den tidiga jorden och byggstenar från så kallade kolkondritmeteoriter. Det visar analyser av proportionen mellan tre isotoper av grundämnet rutenium.

Med andra ord framstår jordens nuvarande fördelning av ruteniumisotoper som en perfekt blandning mellan jordens ursprungliga kemi, representerad av den grönländska stenen och den kemi som jorden tillfördes med kolkondriterna via det sena faneret.

Jupiter sände meteoriter till oss

Förutom att bevisa teorin om det sena faneret ger forskarnas studie en hint om hur stor andel av jordens nuvarande massa som fördes hit av bombardemanget.

Forskarna tror att meteoriterna utgör drygt 0,3 procent av jordens vikt, det vill säga 20 triljarder ton.

En fråga som Kristoffer Szilas och hans kollegor dock inte har besvarat är varför bombardemanget över huvud taget ägde rum, för trots att det i dag finns kolkondriter i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter visar en studie från år 2019, ledd av astro­kemisten Thomas S. Kruijer vid Lawrence Livermore National Laboratory i USA, att de har bildats längst ut i det ursprungliga solsystemet, långt från jorden.

© ken ikeda madsen

Jupiter kastade sten

Kolrika meteoriter, till exempel kolkondriter, kommer från det ­yttre solsystemet. De slungades längre in mot solen av Jupiters ­gravitationsfält, där de kickstartade livet.

  • Lättare ämnen ­försvinner från det inre solsystemet

    Under de första ­miljoner åren av ­solsystemets ­livslängd sorteras material så att området närmast ­solen får ett lågt innehåll av lättare ämnen, däribland kol.

  • Kol samlas i det yttre solsystemet

    Lättare ­grundämnen ­koncentreras i ­solsystemets yttre delar och bildar asteroider och ­småplaneter med högt ­innehåll av bland annat kol.

  • Jupiter matar ­jorden med kol

    Efter hand som Jupiter växer slungar dess ­gravitation materia från ­yttre solsystemet inåt. ­Jupiter kan till och med ha rört sig in mot ­solen och ut igen.

Kruijer och hans kollegor ger dock en tänkbar förklaring med hjälp av en modell av det unga solsystemet och tillväxten av gasjätten Jupiter. Inom loppet av endast 500 000 år fick Jupiter 20 gånger större massa än jorden och förhindrade med sitt gravitationsfält att materia från det inre och det yttre solsystemet blandades.

Jupiter, som fortsatte att växa, hade efter två miljoner år 50 gånger större massa än jorden. Enligt modellen gjorde den stora massan att Jupiters bana blev så instabil att den rörde sig inåt i solsystemet, i riktning mot solen.

Rörelsen spreds som ringar på vattnet och kastade in materia från det yttre solsystemet i det inre.

Därmed uppstod en plötslig ökning av antalet meteoritnedslag på de inre planeterna – det sena faneret.

Följaktligen blir Jupiter, som i dag har växt till 318 jordmassor, av­görande för att liv uppstod på jorden. Utan jätteplanetens inblandning hade nämligen guld, platina och – viktigast av allt – vatten troligen aldrig nått jorden.

Ökad chans för liv i rymden

Räkneexemplet för fördelningen av materia i det unga solsystemet stämmer nu betydligt bättre, men forskningen har också gett nya kunskaper som på sikt kan visa sig vara ännu viktigare.

Beviset på det sena faneret visar nämligen att majoriteten av de ämnen som är avgörande för livet kom till jorden relativt sent i dess bildning.

Ju senare livsbetingelserna kom till jorden, desto snabbare har livet utvecklats. Det innebär att exoplaneter, planeter i främmande stjärnsystem, som hittills har betraktats som alltför unga för att kunna hysa liv eventuellt är värda en närmare titt. Och även i vårt eget grannskap kan stora upptäckter vara på väg.

Liksom jorden ligger Mars i den så kallade beboeliga zonen. Där kan livet ha hunnit blomstra under den mycket korta period från det att vattnet kom till Mars för fyra miljarder år sedan tills planeten förlorade sitt magnetfält och därmed sin atmosfär.

När Marsrovern Perseverance landar i februari 2021 har den därför som huvuduppgift att leta efter spår av det sena faneret och sedan följande liv på den röda planeten.

Läs också:

Jordens magnetfelt beskytter kloden.
Jorden

Forskare: Jordens magnetfält blir svagare

8 minuter
Merkurius

I slutet av januari: Solsystemets lilleputt tronar fram på himlen

3 minuter
Jorden

Ozonskiktet: Jordens sköld mot solens UV-strålar

7 minuter

Logga in

Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
Visa Dölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!

Nollställ lösenord.

Skriv in din e-postadress, så skickar vi anvisningar om hur du återställer ditt lösenord.
Ogiltig e-postadress

Kontrollera din e-post

Vi har skickat ett e-postmeddelande till med instruktioner om hur du återställer ditt lösenord. Kontrollera ditt skräppostfilter om meddelandet inte har kommit.

Uppge nytt lösenord.

Skriv in ett nytt lösenord. Lösenordet måste ha minst 6 tecken. När du har upprättat ditt lösenord blir du ombedd att logga in.

Lösenord behövs
Visa Dölj