Kappesejlads gav Jorden liv

Forskerholdets undersøgelser viser, at kratonerne opstod på et tidspunkt, hvor Jordens geologiske kræfter fungerede markant anderledes end i dag.

Men før vi kan forstå, hvordan Jorden opførte sig dengang, er vi nødt til at forstå, hvordan den opfører sig nu.

I dag bevæger Jordens kontinenter sig rundt i en proces, geologerne kalder for pladetektonik, hvor syv store og mange mindre kontinentalplader konstant driver rundt mellem hinanden.

Nordamerika og Europa bevæger sig fx fra hinanden, mens Indien sejler ind i Asien.

Pladetektonikken er den ultimative genbrug, da gammel jordskorpe, som regel havbund, dykker ned i Jordens indre.

Processen er kun mulig, fordi Jorden er opdelt i adskillige geologiske lag som en kæmpemæssig, kugleformet lagkage.

Inderst ligger den faste, indre kerne, som er omgivet af den flydende, ydre kerne. Herefter kommer kappen, som strækker sig over 2800 km af klodens indre og hovedsageligt er varm og tyktflydende. Yderst driver de 2-40 km tykke skorpeplader rundt.

Undersøgelser viser, at den allerøverste del af kappen er så kølig, og dermed stiv, at den følger med kontinenterne, når pladerne bevæger sig. Samtidig er den så let, at den sammen med skorpen formår at flyde højt og lade kontinenter sejle afsted på den tungere og blødere del af kappen.

Tilsammen kaldes skorpen og denne øverste, stive del af kappen for litosfæren.

Skub og mas gjorde litosfæren tyk

Den helt store udfordring for Pearson, Szilas og de øvrige forskere var at finde ud af, hvordan denne ældgamle redningskrans opstod og sikrede kontinenternes overlevelse.

“Vi ville gerne forstå, hvordan den litosfæriske kappe er dannet, og hvilke processer der skal til,” siger Kristoffer Szilas til Illustreret Videnskab.

Forskerholdets undersøgelse byggede på data fra hele verden, hvor Kristoffer Szilas bl.a. bidrog med feltarbejde i det sydvestlige Grønland.

Da forskerne sammenholdt deres data, stod det klart, at litosfæren måtte være opstået med såkaldt horisontal tektonik, hvor landmasser støder mod hinanden.

Hver gang to landmasser støder sammen, bliver de kortere, men også markant tykkere og dermed mere levedygtige.

Sammenstød af den type kræver kræfter, der virker mod hinanden. Men sådanne kræfter fandtes først på Jorden i det øjeblik, den nuværende pladetektonik gik i gang, og skorpepladerne begyndte at drive rundt og kollidere med hinanden.

Og her opstår et paradoks, for med pladetektonikken følger fænomenet subduktion, hvor gammel skorpe synker ned i dybet og forsvinder i såkaldte subduktionszoner. I dag fortærer zonerne hovedsageligt den tynde havbundsskorpe, men uden den tykke litosfære ville de også sagtens kunne sluge et kontinent.

Uden kontinenter kunne den tykke litosfære altså ikke opstå, men kontinenterne kunne på den anden side ikke holde sig flydende uden litosfæren.

Kristoffer Szilas understreger over for Illustreret Videnskab, at den litosfæriske kappe under kontinenterne var helt central for deres overlevelse og dermed afgørende for, at vi mennesker eksisterer – for hvis Jordens kontinenter var gået til grunde, ville planeten i dag være dækket af hav.

Forskerne måtte altså mangle en brik. Og den brik dukkede op et uventet sted.

Lavalampe byggede kontinenter

Da forskerne sammenlignede alderen på litosfæren rundtomkring på kloden, fik Kristoffer Szilas og kollegerne sig en overraskelse. Det viste sig nemlig, at den tykke litosfæriske kappe under kontinenterne er væsentlig yngre end de ældste dele af selve kontinenterne.

I data kunne geologerne se, at den litofæriske kappe voksede eksplosivt for omkring 2,5 milliarder år siden. Meget tyder altså på, at pladetektonikken allerede var gået i gang på dette tidspunkt.

“Vi ser en tydelig stigning i dannelsen af den litosfæriske kappe. Det tyder på, at de vandrette og kompressive kræfter er opstået deromkring,” siger Kristoffer Szilas.

Litosfæren måtte altså være dannet efter kontinenterne. Og det store spørgsmål var så, hvad der holdt dem oppe i deres spæde ungdom.

Da klodens ældste klipper er mere end fire milliarder år gamle, må både de tidligste kontinenter, kratonerne, og deres medfølgende litosfære altså være dannet, før pladetektonikken gik i gang.

Og det er her, vi når frem til de markant anderledes geologiske kræfter i den unge Jord, for hvis det ikke var pladetektonik, der skabte redningskransen under de første kontinenter, hvad gjorde så?

Geologerne mener, at der har været nogle hidtil ukendte kræfter på spil – et fænomen, som de har døbt vertikal tektonik. Processen kan ifølge Kristoffer Szilas bedst sammenlignes med en lavalampe, hvor koldt materiale synker ned, og varmt materiale stiger op i lodrette bevægelser.

Modeller viser, at kratonerne kan være blevet skabt på den måde.

“Vi tror, at kontinenterne opstod i et miljø, hvor der konstant blev stablet basalter oven på hinanden,” forklarer han.

Basalt er en bjergart, der dannes, når materiale fra Jordens kappe smelter. I dag strømmer basalten ud af midtoceanryggene. Men da Jordens skorpeplader konstant bevæger sig væk fra midtoceanryggene, bliver basalten aldrig særlig tyk.

På den tidlige Jord eksisterede pladetektonikken ikke, og derfor fik laget af basalt lov at vokse uhæmmet i tykkelse. Ny magma strømmede hele tiden op gennem revner og sprækker og byggede de tidligste kontinenter, kratonerne, lag for lag.

Efterhånden som laget af basalt voksede, blev det tungere og trykkede dermed den nederste del ned i kappens varme, hvor basalten begyndte at smelte.

Det var dog ikke alle mineralerne i basalten, der smeltede med det samme, men kun 10-20 pct. Magmaen, som blev dannet, var derfor meget forskellig fra den magma, der oprindeligt havde skabt basalten.

Den nye magma var lettere og steg derfor op til overfladen, hvor den størknede og bl.a. blev til den granit, kontinenterne primært består af i dag.

Opdagelsen har fået forskerne til at konkludere, at pladetektonikken, hvor plader støder mod plader, ikke var vigtig for at danne kontinenterne. Men uden pladetektonikken ville de ikke have nået den tykkelse, som var nødvendig for at overleve til i dag.

Geologerne har endda et ret præcist bud på, hvornår pladetektonikken gik i gang. Tidspunktet har de fundet et usædvanligt sted, nemlig i ældgamle diamanter.

Viser vej til andre planeters indre

Diamanter består af rent kulstof, grafit, og kan kun opstå under voldsomt tryk mere end 200 km nede i Jorden.

Når diamanterne bliver dannet, kan små stumper af andet materiale indlejre sig i dem, ligesom de altid indeholder fremmede grundstoffer i små mængder. Begge dele sladrer om, hvordan diamanten blev skabt.

En undersøgelse fra 2020 viser, at diamanternes indhold af fremmedlegemer ændrede sig for tre milliarder år siden.

Her begyndte de såkaldte eklogitiske diamanter at opstå. De dannes, når havbundens normale bjergart, basalt, bliver udsat for stigende tryk og temperatur. Og det gør den først i det øjeblik, pladetektonikken går i gang, og havbundsskorpen dykker ned i subduktionszonerne.

På samme tid begynder indholdet af andre grundstoffer i diamanten at variere vildt. Det tyder på, at miljøet i 200 kilometers dybde pludselig fik tilført materiale fra overfladen i form af havvand, mudder og måske endda kulstof fra levende organismer – altså endnu et tydeligt tegn på, at pladetektonikken gik i gang.

Med tidspunktet for kontinentaldriftens begyndelse og litosfærens rolle som redningskrans er forskerne et stort skridt tættere på at kunne kortlægge de afgørende faser i Jordens udvikling.

Den viden er ifølge Kristoffer Szilas ikke blot central for forståelsen af den planet, vi bor på, men også for vurderingen af, hvilke typer af planeter i fremmede solsystemer, der kan huse liv.

“Hvordan skal vi forstå dem, hvis vi dårligt nok forstår vores egen planets geologiske udvikling?” slutter han.