Igen og igen lyser himlen op over Jordens golde, månelignende landskab. Byger af kolossale kosmiske klippeblokke trænger ind i den tynde, giftige atmosfære og flammer op.
Utallige nedslag ryster planeten, men bombardementet efterlader ikke kun et inferno af ødelæggelser. Det lægger også kimen til livet.
Med sig har meteorerne nemlig livsvigtige kemiske forbindelser, som den unge Jord mangler for at udvikle sig til fremtidens blå-grønne paradis.
Flere undersøgelser har tidligere peget på, at Jorden i sin spæde ungdom var knastør på overfladen, og at den først blev beriget med ilt og brint længe efter sin fødsel.
Nu har en international gruppe forskere anført af geologen Mario Fischer-Gödde fra universitetet i Köln endelig bevist hypotesen.
Millioner af kulkondritter regnede ned over den unge Jord og gjorde overfladen våd og frugtbar.
Livet kom fra det ydre Solsystem
Jorden har ikke altid været en oase for liv, som i dag. Den nyfødte planet var flydende, så nogle livsvigtige komponenter trak ind i kernen, mens andre formentlig manglede helt. Det gjorde Jorden til en ugæstfri ødemark. Ny forskning viser, at et livgivende bombardement af såkaldte kulkondrit-meteorer leverede vigtige stoffer som ilt, brint og måske endda aminosyrer fra de ydre dele af Solsystemet. Ilt og brint bandt sig sammen til vand, mens aminosyrer udgjorde byggestenene til proteiner.
Dokumentationen kommer fra en opsigtsvækkende sten fundet nær Grønlands hovedstad, Nuuk. Opdagelsen er ikke blot central for historien om Jorden, men kan også få enorm betydning for forskernes søgen efter liv i resten af universet.
Finer skabte grobund for liv
Meteorbombardementet, der bragte vandet til Jorden, har på engelsk fået betegnelsen the late veneer.
Ordet “late” fortæller, at det var en forsinket leverance af materiale i forhold til hovedparten af Jordens masse, som blev samlet stort set i et hug, da planeten blev dannet for 4,54 mia. år siden.
“Veneer” betyder finer, et tyndt overtræk af træ, der ligger yderst på fx møbler og giver dem en smuk overflade.
Livgivende stoffer kom sent til Jorden
Fundet af en helt særlig type klippe i Grønland afslører, at Jorden ikke blev skabt på én gang, men at et sent meteorbombardement bragte afgørende kemi hertil.
Små klumper dannede Jorden
Jorden opstod, da materiale, der kredsede i nogenlunde samme afstand fra Solen, samlede sig til stadig større klumper pga. tyngdetiltrækningen. Fordi Jorden var brandvarm og flydende, sank de tunge grundstoffer som jern og guld ind mod midten og dannede kernen.
Sammenstød dannede Månen
Få millioner år efter sin dannelse stødte Jorden sammen med Theia – en planet på størrelse med Mars. Selv hvis Jorden havde haft vand fra begyndelsen, ville det være fordampet. Theias jernkerne sank til bunds, mens lettere materiale blev slynget ud i rummet og dannede Månen.
Meteorer pustede liv i overfladen
Efter yderligere et par millioner år, ramte en meteorregn kaldet the late veneer, den sene finer, Jorden. Meteorerne indeholdt vand, kulstof og et udvalg af de stoffer, der ellers var forsvundet ned i Jordens kerne. Tilførslen af nye stoffer ændrede kemien i Jordens kappe drastisk.
Det afgørende bevis dukker op i Grønland
I 2019 finder forskerne en sten på Grønland, der indeholder spor af kappen, som den så ud før den sene finer. Dermed kan forskerne bevise, at meteorregnen fandt sted, og at den indeholdt en stor mængde af de såkaldte kulkondritter.
For Jordens vedkommende var fineren et tyndt lag af forskellige grundstoffer, som var altafgørende for, at livet kunne opstå.
Mistanken om, at meteorer dækkede Jorden med en sen finer, blev i første omgang vakt, fordi ædelmetaller som guld og platin i dag findes tæt på jordoverfladen.
Da Jorden blev dannet, endte alle de tunge metaller nemlig i kernen. Årsagen til metallernes nedsynkning skal findes i den måde, Solsystemets indre stenplaneter opstod på.
Stof samlede sig til planeter
Da den nyfødte Sol tændte for 4,6 milliarder år siden, var den omgivet af en såkaldt protoplanetarisk skive af stof.
Mens skiven roterede om den nydannede Sol, samlede materiale sig i stadig større klumper, indtil blot ét stort himmellegeme dominerede i et givent kredsløb.
Jorden slog lejr godt 150 millioner kilometer fra Solen og støvsugede denne zone af rummet for objekter, mens fx Mars indtog en bane godt 225 millioner kilometer fra Solen.
Den sene finer krydrede Jordens overflade
Guld er klodens vigtigste ædelmetal både økonomisk og industrielt. Det er elektrisk ledende, formbart og det korroderer ikke.
Rhenium er et af de mest varmebestandige stoffer, forskerne kender, med et smeltepunkt på 3186 °C. Det benyttes bl.a. i udstødningen på jetmotorer.
Platin indgår ikke blot i smykker, men også i filtre på dieselbiler og i brændselsceller, som omsætter brint til ren energi.
Kulstof er den hemmelige ingrediens i organiske forbindelser og dermed for livet på jorden, men indgår også i kulfiber og andre produkter.
Jorden ryddede sin bane så hurtigt, at energien fra sammenstødene fik den nyfødte planet til at smelte. I en flydende planet synker tungere grundstoffer til bunds i en proces kaldet differentiering.
Det drejede sig primært om jern, som sank ind og endte som Jordens kerne, mens lettere grundstoffer som silicium, ilt og aluminium steg op og dannede Jordens to yderste lag – skorpen og kappen.
Lagdelingen af Jorden og sorteringen af stoffer sluttede formentlig, nogle få millioner år efter at planeten var dannet.
3 mio. dinosaurdræbende asteroider på 10 kilometer svarede den sene finer til.
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.
Jagten på tidskapsler går ind
Ruthenium tilhører gruppen af lette platinmetaller og findes i naturen i syv stabile isotoper – dvs. versioner af det samme grundstof, der adskiller sig ved at have et forskelligt antal af neutroner i atomkernen.
Variationen giver isotoperne forskellig vægt og dermed små forskelle i, hvordan de opfører sig i fx kemiske reaktioner.
Når et stjernesystem bliver dannet, skabes der et utal af mikroskopiske forskelle i isotopfordelingen af grundstoffer i forskellige himmellegemer. Det gælder også isotoper af ruthenium.
Forskergruppen fra Köln – som blandt andet den danske geolog Kristoffer Szilas fra Københavns Universitet deltog i – kiggede derfor på isotopfordelingen i forskellige grupper af meteorer, som kan give svar på, hvornår bombardementet ramte Jorden, hvilken type meteorer det indeholdt, og hvor de kom fra.
Forskerne tæller de enkelte atomer
Når forskerne skal undersøge den præcise kemi i en klippeprøve, anvender de et såkaldt massespektrometer. Prøven pulveriseres, hvorefter gasser af de forskellige stoffer fortsætter i et magnetisk forhindringsløb.
Laser og plasma omdanner sten til gas
En laser fordamper en klippestump. Gassen bliver derefter ført i 10.000 °C varmt argonplasma, som omdanner stenens grundstoffer til ioner, som skydes ind i massespektrometeret.
Uønskede stoffer bøjer af til siden
Gassen passerer gennem et magnetfelt, som på baggrund af masse og ladning afbøjer ionerne og sorterer uønskede stoffer fra. Lette ioner og ioner med tre
ekstra elektroner afbøjes mest.
Detektorer registrerer afslørende ioner
En række detektorer tæller de ønskede ioner. Nogle massespektrometre kan spore isotoper af metaller som ruthenium i koncentrationer lavere end en billiontedel af den samlede prøve.
Før forskerne kunne bevise, at meteorbombardementet overhovedet fandt sted, måtte de sammenligne rutheniums fingeraftryk i tre forskellige såkaldte geokemiske tidskapsler.
To af tidskapslerne havde forskerne allerede adgang til, nemlig den nuværende Jord og en særlig gruppe meteorer kaldet kulkondritter.
Meteortypen består af op mod 22 procent vand og er dermed en oplagt kandidat til at have bragt den livgivende finer til Jorden.
22 procent vand indeholder de såkaldte kulkondrit-meteorer.
Men for at forstå sammenhængen fuldstændig manglede forskerne den tredje tidskapsel – et eksempel på den tidlige Jords indhold af ruthenium. Og her kom en grønlandsk sten som sendt fra Jordens indre.
Analyse afslørede gammel kemi
Sammen med sine kolleger opdagede Kristoffer Szilas nemlig en ganske særlig klippe nær Nuuk. Bjergene bag byen indeholder noget af klodens ældste skorpe og kan dermed levere et enestående indblik i klodens allertidligste historie.
Grundfjeldet i området består hovedsageligt af tonalitisk gnejs: en relativt lys og let bjergart, der består af magma størknet under jordoverfladen, som efterfølgende er blevet delvist omdannet af tryk og temperatur.
Indlejret i gnejsen lå såkaldte linser af en mørkere og endnu ældre klippe. Forskerne ved ikke, præcis hvordan klippen med linserne er opstået, men Kristoffer Szilas er overbevist om, at den er en rest af en af klodens allerførste landmasser.
Længe før pladetektonikken gik i gang og skabte egentlige kontinenter, var Jorden dækket af et ocean af magma, som størknede ovenfra.
Skorpen af størknet magma blev efterhånden så tyk og dermed varm i bunden, at mineraler med lavt smeltepunkt igen blev flydende og dannede en ny magma med en anderledes kemi.
Den nye magma skabte den tonalitiske gnejs i Grønland, som ifølge Kristoffer Szilas derefter samlede linser af den mørke bjergart op og gemte den for eftertiden.
Hvorvidt linserne er 3,8 mia. år gamle ligesom den omgivende tonalitiske gnejs eller endnu ældre, er ikke så vigtigt.
Det vigtige er, at de lå dybt nede i jorden – måske 30 kilometer – da meteorerne ramte, under den sene finer og derfor forblev upåvirkede af de stoffer, som bombardementet tilførte.
30 kilometer af Grønlands overflade er eroderet væk de sidste 4 mia. år.
Til forskernes held har linserne ikke alene overlevet i flere milliarder år, erosionen har i mellemtiden gnavet 30 kilometer af overfladen og sørget for, at den ældgamle klippe i dag ligger til frit skue.
Da Kristoffer Szilas og resten af forskerholdet tog en stenprøve af klippen med hjem i laboratoriet og undersøgte stenen for forskellige grundstoffer, fandt de præcis det, de ledte efter.
Den danske geolog Kristoffer Szilas har vha. en fire mia. år gammel grønlandsk sten bevist, hvordan den unge Jord så ud.
Stenen indeholdt isotoper af ruthenium og kunne dermed udgøre den tredje geokemiske tidskapsel fra den unge Jord.
Ret linje viser kosmisk cocktail
Forskerne undersøgte forholdet mellem isotoperne ruthenium-100 og ruthenium-101 samt ruthenium-101 og ruthenium-102 i tidskapslerne fra den unge Jord, den nuværende Jord og fra kulkondrit-meteorerne.
Når geologerne snakker om isotopforhold, mener de afvigelser i prøverne i forhold til en defineret standard. I rutheniums tilfælde er standarden den gennemsnitlige fordeling af isotoperne i den del af Jorden, som kaldes kappen.
Hvis isotopforholdet i den nuværende Jords kappe får værdien nul, kan andre forhold identificeres som enten over eller under, og tidskapslernes ruthenium-fingeraftryk plottes i et koordinatsystem med to akser.
Når Jordens nuværende sammensætning af ruthenium og sammensætningen i kulkondritterne indsættes, opstår der en ret linje. Præcis på den linje ligger også rutheniumforholdet i den grønlandske sten – bare i den modsatte retning af kulkondritterne.
Med andre ord fremstår Jordens nuværende fordeling af ruthenium-isotoper som en perfekt blanding mellem Jordens oprindelige kemi, repræsenteret ved den grønlandske sten, og den kemi, Jorden fik tilført med kulkondritterne via the late veneer.
Jupiter sendte meteorer vores vej
Ud over at bevise teorien om den sene finer giver forskerholdets undersøgelse også et bud på, hvor stor en del af Jordens nuværende masse der blev bragt hertil af bombardementet.
Forskerne gætter på, at meteorerne udgør godt 0,3 procent af Jordens vægt – svarende til 20 trilliarder tons.
Et spørgsmål, Kristoffer Szilas og kollegerne imidlertid ikke har besvaret, er, hvorfor bombardementet overhovedet fandt sted. For selvom kulkondritter i dag eksisterer i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, viser en undersøgelse fra 2019 under ledelse af astrokemikeren Thomas S. Kruijer fra Lawrence Livermore National Laboratory i USA, at de er dannet længst ude i det oprindelige Solsystem langt fra Jorden.
Jupiter kastede med sten
Kulstofrige meteorer som kulkondritterne stammer fra det ydre Solsystem. De blev slynget længere ind mod Solen af Jupiters tyngdefelt, hvor de kickstartede livet.
Lettere stoffer forsvinder fra det indre Solsystem
I de første millioner år af Solsystemets levetid bliver materiale sorteret, så området nærmest Solen får et lavt indhold af lettere stoffer, fx kulstof.
Kulstof samler sig i det ydre Solsystem
De lettere grundstoffer bliver koncentreret i Solsystemets ydre egne og danner asteroider og småplaneter med et højt indhold af bl.a. kulstof.
Jupiter fodrer Jorden med kul
I takt med at Jupiter vokser, slynger dens tyngdekraft materiale fra det ydre Solsystem indad. Jupiter selv kan endda have bevæget sig ind mod Solen og ud igen.
Kruijer og kollegerne giver dog en mulig forklaring ved hjælp af en model af det helt unge Solsystem og væksten af planetflokkens gaskæmpe, Jupiter.
I løbet af blot 500.000 år nåede Jupiter en masse på 20 gange Jordens og blokerede med sit tyngdefelt for, at materiale fra det indre og det ydre Solsystem kunne blandes.
Jupiter voksede videre og nåede efter to millioner år en masse på 50 gange Jordens. Ifølge modellen betød den kraftige vægtforøgelse, at Jupiters bane blev så ustabil, at den bevægede sig indad i Solsystemet mod Solen.
Forstyrrelsen spredte sig som ringe i vandet og slyngede materialet fra det ydre Solsystem ind i det indre. Her skabte det en pludselig og sen stigning i antallet af meteornedslag på de indre planeter: the late veneer.
Dermed bliver Jupiter, der i dag er vokset til 318 jordmasser, pludselig afgørende for, at Jorden i dag huser liv. For uden kæmpeplanetens indblanding var guld, platin og allervigtigst vand formentlig forblevet langt væk fra Jorden.
Chancen for liv i rummet stiger
Regnestykket for fordelingen af stof i det unge Solsystem passer nu langt bedre. Men forskningen har også kastet ny viden af sig, som på sigt kan få endnu større betydning.
Beviset på den sene finer afslører nemlig, at størstedelen af de stoffer, som er afgørende for livet, først blev leveret til Jorden forholdsvis sent i dens dannelse.
Jo senere livsbetingelserne kom til Jorden, jo hurtigere derefter har livet udviklet sig. Det betyder med andre ord, at exoplaneter, dvs. kloder i fremmede stjernesystemer, der hidtil har været betragtet som for unge til at huse liv, måske er værd at kaste et grundigere blik på. Og selv i vores eget nabolag kan store opdagelser være på vej.
Mars ligger ligesom Jorden i den såkaldte beboelige zone, og her kan livet have nået at blomstre i den meget korte periode, fra vandet ankom til planeten for fire milliarder år siden, til Mars mistede sit magnetfelt og sin atmosfære.
Marsroveren Perseverance, der landede i februar, har derfor som sit primære formål at lede efter spor af the late veneer og efterfølgende liv på den røde planet.