Jorden har ikke altid været en blå og grøn oase af liv i et ellers ugæstfrit solsystem.
I løbet af klodens første 50 millioner år, for omkring 4,5 milliarder år siden, var Jordens overflade et helvedeslandskab af magmaoceaner, der boblede og spyede varme ud fra Jordens indre.
Den efterfølgende nedkøling af kloden og krystallisering af magmaoceanerne til fast klippesten var et afgørende stadie i udviklingen af klodens struktur, overfladens kemi samt dannelsen af den tidlige atmosfære.
Forskerne antog, at disse urbjergarter, som indeholder fingerpeg, der muligvis kan forklare Jordens beboelighed, gik tabt som følge af pladetektonik.
Men nu har mit team fundet de kemiske rester af Jordens magmaoceaner i 3,7 milliarder år gamle bjergarter fra det sydlige Grønland. Bjergarterne leverer et spændende indblik i en tid, hvor Jorden næsten var helt flydende.
Et jordisk helvede
Jorden er et produkt af et kaotisk, tidligt solsystem, der menes at have bestået af en række katastrofale sammenstød mellem Jorden og andre planetariske legemer.
Dannelsen af Jorden kulminerede, da kloden kolliderede med en omstrejfende planet på størrelse med Mars, hvilket også resulterede i skabelsen af Jordens måne for omkring 4,5 milliarder år siden.
Disse kosmiske sammenstød menes at have genereret nok energi til at smelte jordskorpen og næsten hele klodens indre (kappen) samt skabe enorme mængder flydende bjergarter, der blev til 'magmaoceaner', som var flere hundrede kilometer dybe.
I dag er jordskorpen helt stiv, og kappen (asthenosfæren) er blød, delvis smeltet og plastisk. Asthenosfæren er glidelaget, som de tektoniske plader bevæger sig på som en langsom, tyktflydende geologisk bevægelse – langt fra den flydende magma i Jordens tidlige kappe.
I takt med at Jorden kom sig og blev kølet ned efter det kaotiske sammenstød, krystalliserede og størknede klodens dybe magmaoceaner, hvilket satte gang i udviklingen af den klode, vi kender i dag.
De vulkanske gasser, der boblede ud af Jordens magmaoceaner, kan have været afgørende for skabelsen og sammensætningen af vores planets tidlige atmosfære – hvilket i sidste ende kom til at understøtte liv.
Geologisk søgning
Det er ekstremt vanskeligt at finde geologisk evidens på Jordens tidligere flydende tilstand.
Dette skyldes, at magmaocean-hændelserne sandsynligvis fandt sted for mere end 4 milliarder år siden, og mange af bjergarterne fra den periode i Jordens historie er siden blevet genbrugt af pladetektonikken.
Men selvom bjergarterne fra denne periode ikke længere eksisterer, kan deres kemiske spor stadig ligge lagret dybt i Jordens indre.
Størknede krystaller fra Jordens afkølingsperiode var så kompakte, at de sank til bunden af Jordens kappe. Forskere mener endda, at disse mineralrester muligvis er opbevaret i isolerede zoner dybt i grænsen mellem Jordens kappe og kerne.
Hvis de findes, er disse urgamle 'krystalkirkegårde' helt utilgængelige for os – de ligger alt for dybt til, at vi kan udvinde direkte prøver.
Og hvis de nogensinde skulle stige op til Jordens overflade, ville magmaocean-ædelstenene gennemgå en proces med smeltning og størkning og kun efterlade spor af deres oprindelse i de vulkanske bjergarter, der udgør jordskorpen.
Krystallerne leverer fingerpeg
Vi vidste, at Grønland ville være et godt sted at lede efter spor efter Jordens flydende fortid.
Vores prøver stammer fra Isua-suprakrustalbæltet i det sydvestlige Grønland; et bredt bælte af tidligt arkæiske bjergarter, som er berømt blandt geologer.
Ved første øjekast ligner Isua-bæltets bjergarter den basalt, vi i dag kan finde på havbunden. Men disse bjergarter, som er mellem 3,7 og 3,8 milliarder år gamle, er blandt de ældste i verden.
\ Læs mere
Da vi analyserede Isuas bjergarter, fandt vi unikke jernisotop-'fingeraftryk'.
Disse geologiske fingeraftryk viste, at det område af kappen, som bjergarterne havde dannet, havde været udsat for meget højt tryk over 700 kilometer under Jordens overflade.
Det er netop, hvor mineraler dannet under magmaocean-krystalliseringen ville have været placeret.
Men hvis disse bjergarter rent faktisk bar spor af krystalliseret magmaocean, hvordan fandt de så vej til Jordens overflade? Svaret findes i den måde, Jordens indre smelter og producerer vulkanske klippestykker på klodens overflade.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Smeltende bjergarter
Når områder i Jordens halvfaste kappe bliver opvarmet og smelter, stiger de op mod jordskorpen og producerer til sidst vulkansk klippe, når magmaen når overfladen og bliver nedkølet.
Ved at studere kemien på overfladen af disse klippestykker kan vi undersøge sammensætningen af det materiale, der smeltede for at skabe dem.
Den isotopiske sammensætning af bjergarterne ved Isua afslørede, at deres rejse til Jordens overflade involverede flere faser af krystallisering og omsmeltning i klodens indre – en slags destillationsproces på vej til overfladen.
Men de bjergarter, der opstod, og som nu befinder sig i det nuværende Grønland, har stadig de kemiske fingeraftryk, der forbinder dem med Jordens magma-dækkede fortid.
\ Læs mere
Direkte geologisk evidens
Resultaterne af vores arbejde leverer direkte geologisk evidens på magmaocean-krystallernes fingeraftryk i vulkanske bjergarter på Jordens overflade.
Nu vil vi gerne forstå, om andre urgamle vulkanske bjergarter rundt omkring i verden kan fortælle os mere om Jordens tidligere magmaoceaner, eller om vi i stedet har snublet over en geologisk mærkværdighed: en slags engangsforstilling.
Hvis andre vulkaner muligvis har spyet lignende geologiske artefakter ud, kan vi også se på moderne hotspots som Hawaii og Island for yderligere isotopiske fund, der løfter sløret for Jordens fortid.
Det er muligt, at der bliver fundet flere urbjergarter i fremtiden, som kan hjælpe os med at forstå mere om Jordens voldsomme, magmadækkede fortid.
Helen M. Williams modtager støtte fra NERC og ERC. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Læs mere
