Jorden er cirka 4,5 milliarder år gammel. De første mange hundrede millioner år var kloden gold og livløs, men for estimerede 3,8 milliarder år siden spirede liv i form af bakterier frem på vores planet.
For at lære om den proces har forskere gennem tiden brugt en række forskellige teknikker til at optrevle Jordens forunderlige historie.
Teknikkerne har gransket kontinenternes vækst og skiftende beliggenhed gennem tiderne, hvornår liv udviklede sig, hvordan klimaet forandrede sig over tid, hvornår oceanerne steg og sank, og hvordan landmasserne blev formet.
Jordens overflade bliver konstant ommøbleret af vældige tektoniske plader i jordskorpen – Jordens yderste hårde skal. Pladerne flytter kontinenterne rundt og forårsager jordskælv og vulkanudbrud.
De tektoniske plader er af afgørende betydning for alle disse forskeres studier.
Fra 'snebold' til 'drivhus'
\ Historien kort
- Nyt pladetektonisk kort gør geologerne i stand til at se længere tilbage i tiden.
- Forskerne har gransket naturens arkiver i form af bjergarter og klippestykker, der indeholder palæomagnetisk information.
- Kortet øger forskernes forståelse af Jordens forskellige systemer og processer – både i 'deep time', nu og i fremtiden.
I fællesskab med vores kollegaer har vi publiceret det første pladetektoniske kort, der dækker en halv milliard år fra 1.000 millioner år siden til 520 millioner år siden.
Tidsperioden er afgørende. Det var i løbet af denne periode, at Jorden gennemgik de største klimaekstremer, som vi har kendskab til, og gik fra at være en kæmpemæssig snebold – fuldstændig dækket af is – til et supervarmt drivhus, fordi atmosfæren fik et kæmpe skud oxygen.
Det fik udviklingen af flercellede organismer til for alvor at tage fart.
Med det globale pladetektoniske kort kan vi (og andre) begynde at vurdere, hvilken rolle de pladetektoniske processer spiller i forbindelse med Jordens andre systemer.
Vi kan endda tackle, hvordan tilstanden og sammensætningen af Jordens utilgængelige indre muligvis har varieret i løbet af en cyklus på mere end en milliard år.
Jorden bevæger sig under vores fødder
De nutidige pladetektoniske grænser er kortlagt fantastisk detaljeret. I dag bruger man GPS-satelitter til at kortlægge, hvordan Jorden forandrer og bevæger sig.
Vi ved, at varme bjergarter strømmer op fra mere end 2.500 kilometer under Jordens kappe (laget under jordskorpen) og støder mod kappens yderste hårde skal.
Det tvinger lithosfæren, der er den yderste, hårde del af jordkloden, som består af de tektoniske plader, til at bevæge sig, så kontinentalpladerne forskydes i forhold til hinanden næsten lige så hurtigt, som vores fingernegle gror.
\ Upwelling
Upwelling er det fænomen, hvor bundvandet i havet, der er meget rigt på næringsstoffer, bliver tvunget op til overfladen, fordi det møder en stejl kontinentalsokkel, hvor overfladevandet bliver ledt væk af vind og strøm.
Upwellingsfænomenet giver fødegrundlag for en kæmpestor fødekæde og dermed for rigtigt mange dyrearter.
Upwelling sker for eksempel nogle steder ved New Zealands østkyst og USA's vestkyst.
Det modsatte fænomen kaldes downwelling. Modsat upwelling er downwelling sværere at konstatere, men et eksempel er Grønlandspumpen, der er en drivende kraft af det globale thermohaline kredsløb.
På den anden side af de varme bjergarter finder man subduktionszoner, som er meget dybe og seismisk aktive pladetektoniske strukturer, hvor oceanisk lithosfære fra en dybhavsgrav eller et oceandyb føres skråt ned under den øvre plade.
Cirka 2.900 kilometer under jordoverfladen produceres termiske og kemiske ophobninger, der til sidst resulterer i zoner med upwelling (se faktaboks, red.).
\ Læs mere
Kan kun kortlægge de seneste 200 millioner år
Det er fascinerende, men processerne skaber også problemer for forskerne, der forsøger at se tilbage i tiden.
Vi kan kun kortlægge klodens historie for de seneste 200 millioner år.
For de forløbne fire milliarder år mangler størstedelen af planetens overflade, fordi skorpen, der ligger under oceanerne, blev ødelagt af subduktion.
Oceanbundsskorpen er den del af Jordens skorpe, der ligger under oceanerne, og som i modsætning til kontinentskorpen er relativt ung. Det vil sige yngre end 250 millioner år.
Skorpen er meget ensartet opbygget og kun 5-15 kilometer tyk. Når oceanbundsskorpe senere føres ned i en subduktionszone, frigives det bundne vand og indgår da effektivt i de magmatiske processer, der virker over zonen.
Oceanskorpen bliver konstant trukket dybt ind i Jorden, hvor den er utilgængelig for forskerne.
Kortlæggelse af Jorden i 'deep time'
Vi kortlagde Jorden i 'deep time'; et begreb, som favner Jordens lange historie, hvor tidsskalaen er flere millioner år.
For at afsløre, hvordan de pladetektoniske grænser har forandret sig, og hvor de engang lå, ledte vi efter alternative repræsentationer af pladegrænserne i de geologiske arkiver.
Vi fandt klippe og bjergarter, der blev dannet ovenpå subduktionszoner eller i revner, spalter og sprækker, hvor pladerne blev trukket fra hinanden. Vores data stammer fra klippe og bjergarter fra lokationer i Etiopien, Madagaskar og det vestlige Brasilien.
Det nye kort og tilhørende forskningarbejde er resultatet af cirka 20 års arbejde udført af mange dygtige ph.d.-studerende og kollegaer fra hele verden.
Kan se længere tilbage i tiden
Vi har nu flere detaljer og kan se længere tilbage i tiden fra en geologisk synsvinkel end tidligere.
Ved hjælp af andre metoder kan kontinenternes breddegrader beregnes, fordi visse jernholdige bjergarter fryser deres indre magnetfelt i takt med, at de bliver dannet.
Det er lidt som et fossil-kompas, hvor kompasnålen peger ned mod jorden i en vinkel, som relaterer til den breddegrad, hvor det blev skabt. I nærheden af ækvator er magnetfeltet næsten parallel med Jordens overflade; ved polerne peger kompasnålen nedad.
Det kan sammelignes med at købe et kompas i Australien og så tage det med til Canada – det vil resultere i, at kompasset ikke virker særlig godt, fordi nålen gerne vil pege ned mod jorden. Kompasnålen er nemlig balanceret, så de forbliver nogenlunde horisontale i den region, hvor de er skabt til at virke.
Disse såkaldte palæo-magnetiske målinger er svære er foretage, og det er heller ikke let at finde klippestykker, der har arkiveret registreringerne. Desuden fortæller de os kun om kontinenterne og ikke pladegrænserne eller oceanerne.
Hvorfor kortlægger vi forhistorisk pladetektonik?
Manglen på forhistoriske tektoniske kort har udgjort en stor udfordring for vores forståelse af Jorden.
Tektoniske plader har en effekt på mange processer på kloden; blandt andet klimaet, biosfæren (den levende del af Jorden, det vil sige plante- og dyrelivet og de steder på kloden, hvor det findes) og hydrosfæren (den samlede mængde vand på Jorden, det vil sige oceaner, søer, vandløb, grundvand og is samt vanddamp i atmosfæren, hvor vandet cirkulerer, og hvordan den kemiske sammensætning varierer).
En omfordeling af de tektoniske plader flytter kontinenternes og oceanernes position (længde og breddegrad), hvilket bestemmer, hvor forskellige planter og dyr kan leve, gro og migrere til.
Bestemmer mulighed for liv
Positionerne er afgørende for, hvordan havstrømmene omfordeler varme og vandkemi.
Forskellige vandmasser i havet indeholder forskellige elementer og isotoper. For eksempel var vandet på bunden af de dybe oceaner ikke oppe i havets øverste lag i flere årtusinder. Derfor har det også en anden sammensætning end vandet i vandoverfladen.
Det er vigtigt, fordi de forskellige vandmasser har forskelligt næringsindhold, som bliver omfordelt til forskellige steder i verden, hvilket forandrer muligheden for liv forskellige steder på kloden.
De tektoniske plader har også en effekt på, hvor stor en del af Solens stråler, der bliver reflekteret ud i verdensrummet igen, hvilket har en effekt på Jordens temperatur.
\ Læs mere
Fortæller os om fortid, nutid og fremtid
\ ForskerZonen
Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.
ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.
Der har også været forskel på, hvor hurtigt de tektoniske plader har bevæget sig igennem tiderne. Adskillige gange i løbet af Jordens historie var der flere vulkanske oceanrygge, end vi ser i dag. De vulkanske oceanrygge tvang vandmasserne op over kontinenterne.
På samme tid fandt visse former for vulkanudbrud hyppigere sted, hvilket medførte, at en større mængde gas blev udledt i atmosfæren.
Bjergkæder dannes ved at tektoniske plader kolliderer, hvilket har en effekt på oceaniske og atmosfæriske strømninger. Desuden forstærker det erosionen i takt med, at bjergarterne bliver eksponeret. Det fastholder drivhusgasser og udleder næringsstoffer ud i oceanerne.
Gennem forståelse af den forhistoriske pladetektonik opnår vi ikke alene en bedre forståelse af Jorden i forhistorisk tid - vi opnår også en større forståelse af Jorden, som den er i dag, og hvordan den vil være i fremtiden.
Alan Collins modtager støtte fra Australian Research Council. Andrew Merdith modtager støtte fra Australian Postgraduate Award Scholarship, Data61 og CSIRO. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
