Vulkaner, jordskælv, tsunamier, oceaner, kontinenter, klimaet og sågar livet på Jorden er påvirket af jordskorpens bevægelse.

Jordens pladetektonik er med andre ord fundamentet, som alt andet bygger på. Men mekanismen i jordskorpens bevægelse har ikke altid set ud, som den gør i dag.

Dynamikken i hele pladetektonikken opstod først for 3,2 milliarder år siden, viser ny dansk forskning. Resultatet af den nye forskning er netop publiceret i det velansete videnskabelige magasin Nature.

»Vi kommer med svaret på en diskussion, der er meget central i forståelsen af Jordens udvikling. Vores forskning viser, at der skete et skifte i de fundamentale mekanismer, bag jordskorpens bevægelser for 3,2 milliarder år siden. De nye resultater kan bruges til bedre at forstå, hvordan oceanerne og klimaet er underlagt bevægelser i Jordens yderste skal,« fortæller projektforsker ved GEUS, og Nordisk Center for Jordens udvikling ved Københavns Universitet, Tomas Næraa, der sammen med en gruppe forskere fra Lund, Stockholm og Australien, står bag den nye opdagelse.

Det her er pladetektonik

Jordens udseende anno 2012 og de foregående 3,2 milliarder år er i store træk formet af pladetektonik, der bestemmer, hvordan kontinenterne og jordskorpen bliver dannet, herunder hvordan kontinenterne har flyttet sig rundt på Jordens overflade.

Kontinenternes placering har til alle tider indflydelse på havstrømmene, som blandt andre faktorer agør, hvordan klimaet er lokalt på Jorden. 

Derfor er pladetektonik så afgørende for, hvordan livet er blevet formet.

Dynamikken i pladetektonik foregår ved, at smeltet stenmateriale stiger op fra jordens kappe til jordskorpen langs midtoceanryggene, der ligger som lange bælter rundt om Jorden.  På geologiske kort og globusser kan midtoceanryggene ses som bjergkæder under havet.

Ved midtoceanryggene bliver oceanbundsskorperne dannet af opstigende magma, som derved kontinuerlige danner ny oceanbund i takt med, at pladerne driver fra hinanden.

Oceanbundsskorpen er relativ ung (0-200 millioner år gammel) og tynd (cirka syv kilometer i gennemsnit) og består af tungt basaltisk materiale. I modsætning er den kontinentale skorpe langt ældre (op til cirka fire milliarder år) og tykkere og består af lettere granitisk materiale.

Det er netop denne kontrast i tyngde mellem de oceaniske og kontinentale områder, der har stabiliseret den kontinentale skorpe gennem geologisk tid.

To typer jordskorpe

Når oceanbundsskorperne møder kontinentalpladerne presses oceanbundsskorperne ned under kontinentalpladerne og bliver smeltet på ny i kappen, hvorved et nyt stenmateriale opstår. Denne proces kendes som subduktion. Det nye stenmateriale kommer op til jordskorpen igen i form af magma og danner grundlaget for, at kontinentalpladerne kan vokse.

Misdannede strukturer af pudelava, som opstår, når lava bryder frem under vand. Disse sten er resterne af vulkanske buer i subduktionszonen, hvor de unge skorper dannes. I det sydøstlige Grønland findes der flere bælter med denne karakteristiske bjergart. (Foto:Anders Schersténn)

På den måde bliver der hele tiden dannet nye jordskorper under havene, som er med til at gøre kontinentalpladerne større.

»Dynamikken i pladetektonik opdagede man allerede i tresserne. Her fandt man ud af, at Jorden har to forskellige typer skorpe, hvor den ene er tynd, ung og ligger under oceanerne, mens den anden er den ældre, som kontinenterne er opbygget af. Dynamikken i pladetektonikken er grundlaget for hele det geologiske system, og at alt på jorden ser ud, som det gør i dag,« forklarer Tomas Næraa.

Pladetektonik opstod for 3,2 milliarder år siden

Pladetektonikken i dens nuværende form har ikke eksisteret i hele Jordens levetid, viser Tomas Næraa’s forskning. Pladetektonikken opstod først for 3,2 milliarder år siden og afløste et andet system, der eksisterede før det. Formentligt opstod skiftet, fordi Jordens kappe blev kølet ned. 

Men hvordan blev kontinenterne så dannet? Det er et spørgsmål, der ikke er helt lige til at besvare.

Det forrige system havde nemlig ikke subduktionszoner hvor oceanskorperne blev presset ned under kontinentalpladerne og dannede det materiale, der skal til for at lave kontinenterne.

»Vi har nogle forestillinger om, at de ældste dele af  kontinenterne blev dannet ved opsmeltning af gammel havbundsskorpe, som af en eller anden grund kunne eksistere over lange tidsrum uden at blive subduceret. Sådan kan kontinenter alligevel være opstået for før 3,2 milliarder år siden,« siger Tomas Næraa.

Grønlands undergrund indeholder nøglen til fortiden

I sin forskning har Tomas Næraa indsamlet stenprøver i området omkring Nuuk i Grønland. Grønlands undergrund indeholder sten fra de ældste kontinenter på Jorden, og området er en skattekiste for geologer.

Efter indsamlingen af stenene har Tomas Næraa lavet isotopundersøgelser af zirkoner, hafnium og oxygen for at bestemme, hvor gamle stenene er, og hvilke processer der var til stede på Jorden, da de blev dannet.

Resultaterne viser, at nogle bjergarter blev dannet allerede for mellem 3,8 og 3,6 milliarder år siden - altså før den tektoniske dynamik opstod.

Andre bjergarter er dannet for mellem 3,2 og 2,8 milliarder år siden, og isotopsignaturen i stenene fortæller forskerne, at stenene er opstået under den pladetektoniske dynamik, som vi stadig har i dag.

»Der er interessant at se, at livet opstod på Jorden på et tidspunkt, hvor hele systemet, der kontrollerer alt fra klima til atmosfære, så meget anderledes ud end i dag,« siger Tomas Næraa.