Er livets mangfoldighed et produkt af Jordens varierende bane i rummet?

Jordens klima er betinget af den mængde varme, der når os fra Solen. Det kender vi alle til fra døgnets rytme og de skiftende årstider.

Men faktisk er Jordens position og afstand til Solen ikke konstant.

Både dens afstand og hældning i forhold til Solen ændres over tusinder af år, da klodens bane følger helt bestemte cykliske ændringer.

Disse astronomiske cykler kaldes under ét Milanković-cykler, opkaldt efter den serbiske forsker Milutin Milanković, der første gang beskrev fænomenet i 1912–14, og de resulterer i klimatiske variationer her på Jorden, fordi solindstrålingen ændres rytmisk over tid.

Det er således ikke ny viden, at klimaet påvirkes af Milanković-cyklerne, men måske er det ikke kun klimaet, disse cykler kontrollerer.

Vi har lavet et nyt studie, der indikerer, at også biodiversiteten var direkte afhængig af favorable, astronomiske forhold for allerede en halv milliard år siden.

Derfor åbner identificering af Milanković-cykler helt nye perspektiver i forståelsen af ikke blot fortidige klimavariationer, men også selve Jordens historie, og ja, måske endda mangfoldigheden af det liv, der udfolder sig på vores klode.

Bestemte fossiler kendetegner perioder

Cyklerne forekommer nemlig med meget præcise tidsmæssige rytmer, som igen afspejler sig i de sedimentlag, der aflejres i den geologiske lagsøjle.

Traditionelt benyttes fossiler til at bestemme, hvor gamle sedimentlag er. Dette kaldes biostratigrafi.

Med andre ord er hver enkelt periode i Jordens historie, i hvert fald igennem de seneste 541 millioner år, kendetegnet af bestemte fossiler.

Finder man eksempelvis dinosaurknogler i lagene, ved man, at disse lag er fra Jordens middelalder (Mesozoikum), hvorimod fund af trilobitskaller viser, at lagene er fra Jordens oldtid (Palæozoikum).

Men forekomsten af fossiler er relativ i forhold til hinanden (den ene er ældre end den anden) og fortæller således ikke noget om absolut tid – altså hvor mange millioner år tilbage i tiden en geologisk hændelse ligger.

Det kræver en portion held

For at kunne sætte ’årstal’ på sedimentlag er man nødt til at være lidt heldig – eksempelvis ved at finde rester af fortidige vulkanudbrud.

Man kan være endnu heldigere, at resterne af vulkanudbruddene indeholder mineralet zirkon.

Det er et særdeles hårdført mineral, der har den særlige egenskab, at det kan overleve den pladetektoniske tur dybt ind mod Jordens midte og ud igen.

Og så, når det spyttes ud af en vulkan, ’nulstilles’ det således, at man ved at måle på bestemte isotopforhold af uran i forhold til bly kan sige, hvor gammelt lige præcis dette vulkanudbrud er.

Dermed kan man altså ret præcist sætte årmillioner på vulkanudbruddet og derved dets alder i lagsøjlen.

Dette kaldes geokronologi og kan bruges til at præcisere den relative alder, fossilerne indikerer.

Præcise astronomiske cykler

Milanković-cyklerne kan her bidrage med deres præcise astronomiske cykler, da de vil kunne tidsangive hele lagpakker, som så kan være forankret i et eller flere absolutte tidsankre.

Der findes tre forskellige slags Milanković-cykler, hver med sin egen længde på cyklen.

Kan man identificere dem i lagsøjlen – hvilket kræver exceptionelt velbevarede sedimentlag – kan man astronomisk kalibrere sin geokronologi.

Banen varierer

Jordens bane om Solen varierer fra værende næsten cirkulær til svagt elliptisk i cykler af 110.000 og 405.000 års varighed.

Dette kaldes excentriciteten og skyldes, at Solsystemets største planeter, Jupiter og Saturn, udover Solen og Månen, også trækker i os.

Samtidigt hælder Jordens akse i forhold til dens bane, hvilket er årsag til vores skiftende årstider.

Men denne hældning, kaldet aksehældningen eller skævheden, er ikke konstant, da den varierer over cykler af cirka 41.000 års varighed.

Denne hældning har, sammen med eccentriciteten, stor indflydelse på dannelsen af iskapper gennem tid.

Cyklerne bliver kortere

Slutteligt ’slingrer’ Jorden som en snurretop, når den snurrer om sig selv. Dette skyldes, at tidevandskræfterne påvirkes af både Månen og Solen gennem tid.

Dette kaldes præcessionen, og den varierer for nuværende i cykler af cirka 21.000 års varighed.

Men faktisk er det sådan, at Jordens rotationshastighed aftager, da Månen langsomt er på vej væk fra os (det sker omtrent med samme hastighed, som vores negle vokser).

I Silurtiden, for 420 millioner år siden, ved vi eksempelvis fra fossile koraller, at året var cirka 421 dage langt.

Og fra et dansk studie ved vi også, at for omkring 500 millioner år siden, sidst i den Kambriske periode, varede et døgn kun 21 timer og 47 minutter (det har forskerne selv skrevet om her på Forskerzonen i denne artikel).

Dette har stor betydning, for det betyder faktisk, at præcessionscyklerne bliver kortere og kortere – altså højere tidsopløsning – desto længere vi bevæger os tilbage i Jordens historie.

\ Læs mere

De første dyr på Jorden havde et kortere døgn

Den geologiske tidsskala

Det er således muligt, ved hjælp af Milanković-cykler, at give et bedre og mere præcist overblik over den geologiske tidslinje, hvis bare man kan finde velbevarede sedimentære lagpakker.

Dette bliver dog sværere og sværere, jo længere man bevæger sig tilbage i geologisk tid. Det skyldes den tiltagende dårligere bevaring af sedimenter, der i sig selv skyldes erosion og den pladetektoniske cyklus.

Derfor har man, for nuværende, kun været i stand til at lave en sammenhængende astronomisk kalibreret geologisk tidsskala igennem de seneste 66 millioner år.

Det gælder også for en god del af Jordens Middelalder, der strækker sig tilbage til begyndelsen af Triastiden for 245 millioner år siden.

Vil man længere tilbage i tiden end dette, er det kun enkelte studier, der viser evidens for så gamle Milanković-cykler, hvor de samtidigt er dateret ved hjælp af en absolut isotop-alder.

Ordovicium: En usædvanligt dramatisk geologisk periode

Det er her vores nye studie kommer ind i billedet.

Det viser nemlig, på baggrund af en meget velblottet lagfølge fra Steinsodden i det sydlige Norge, en geokronologisk kalibreret astrokronologi, som er hele 469 millioner år gammel.

Den daterer sig således tilbage til midt i den Ordoviciske periode. Det var et tidspunkt i Jordens historie, hvor der var særligt godt gang i den.

Et meteorbombardement

Biodiversiteten i havene (på den tid var der kun liv i oceanerne) steg kraftigt.

Faktisk er det den største marine biodiversitetsstigning, man overhovedet kender gennem hele Jordens historie.

Men ikke nok med det. Omtrent samtidig kolliderede en asteroide med et andet himmellegeme et sted imellem Mars og Jupiter.

Dette startede et vedvarende meteorbombardement her på Jorden, som varede flere millioner år og som selv i dag – næsten en halv milliard år senere – stadig står for omtrent en tredjedel af de meteoritter, der falder ned her på Jorden.

Hvorfor startede istiden?

Som om dette ikke var nok, skiftede klimaet også karakter.

Det blev ret hurtigt koldere, og der blev dannet iskapper på den daværende sydpol (som i dag svarer til Sahara-området).

Da udgangspunktet var et noget varmere klima, betød det, at denne istid førte til et temperaturvindue, der ligger tæt på det, vi kender fra i dag.

Det er derfor en udbredt antagelse, at det koldere klima var en direkte årsag til, at biodiversiteten steg.

Men hvorfor skiftede Jordens klima pludseligt – hvorfor startede der en istid?

Kosmisk støv

Én teori foreslår, at det kan være det kosmiske støv fra asteroide-eksplosionen, som har sænket temperaturen på Jorden.

Det er en nærliggende tanke, men umiddelbart er det sværere at forklare, hvordan dette skulle få biodiversiteten til at stige.

Støvets blokering af indstrålingen fra Solen må alt andet lige forventes at have haft negative konsekvenser for fotosyntetiske processer, som livet jo er afhængigt af.

\ Læs mere

Store opdagelser: Istid og istider

Den nye indsigt

Her giver den over 40 meter tykke Steinsodden-sektion vigtig ny indsigt.

Den velbevarede sektion er kendetegnet ved skiftende kalk-og mergelsten aflejret på relativt dybt vand, hvilket betyder, at sektionen må forventes at være ret komplet uden betydelige afbrydelser i aflejringen af kalkholdigt slam på havbunden.

Det har derfor været muligt at finde både præcessions- (21.000 års) og excentricitets- (405.00 års) cykler, som samtidigt kan kobles til en præcis geokronologisk alder på 467,5 millioner år.

Sektionen muliggør således en astronomisk kalibreret geokronologi gennem det geologiske tidsinterval midt i Ordovicium, der dækker starten på ovennævnte tre vigtige hændelser:

• Biodiversitetsstigningen
• Asteroidekollisionen
• Starten på den daværende istid

Det giver dermed – for første gang – et detaljeret indblik i hændelsesforløbet.

En stigning i biodiversitet

Vores studie viser, at for 469,2 millioner år siden startede det koldere klima.

Præcis 200.000 år senere sker der et skifte fra, at 20.000 års cyklen dominerer, til at det er 405.000 års cyklen.

Dette skifte indikerer sandsynligvis, at klimaet nu er afkølet så meget, at egentlige iskapper kunne dannes på den daværende sydpol.

Præcis på dette tidspunkt ved vi fra både globale og regionale data, at stigningen i biodiversiteten begynder.

\ Læs mere

Verdenskendt grønlandsk professor: Geologien har lært os, hvem vi i virkeligheden er

Biodiversiteten stagnerer

Men hvad så med asteroide-kollisionen og det efterfølgende meteorbombardement, som jo skulle være årsag til netop denne biodiversitetsstigning?

Vores astrokronologi viser, at der går endnu 600.000 år, før asteroiden eksploderer – altså ret lang tid – men umiddelbart efter ses det, at artsdannelses-hastigheden begynder at stagnere blandt flere organismer, der levede på havbunden på den tid.

I stedet for at skabe liv, ser det altså ud til, at det kosmiske støv virkede som en bremse, således at biodiversiteten stagnerer i en periode på måske nogle millioner år.

De astronomiske klimacykler indvirkning på biodiversiteten

Der tegner sig således et billede af, at det var det astronomisk betingede klimaskifte, der forårsagede den store biodiversitetsstigning midt i Ordovicium.

Det lyder jo umiddelbart overraskende, at Jordens bane om Solen direkte kan påvirke biodiversiteten på Jorden.

Men faktisk er der flere sådanne eksempler fra yngre dele af Jordens historie – eksempelvis hvordan eccentriciteten har påvirket artsdannelse blandt pattedyr de seneste 24 millioner år.

Eller hvordan klimaskift induceret af Milanković-cykler påvirkede havstrømme og derved zooplankton på samme tid i Jordens historie, som Steinsodden-studiet er fra.

Der er således evidens fra flere dele af livets historie for, at der er et direkte samspil mellem de astronomiske klimacykler og biodiversiteten på Jorden.

En dårlig cocktail for biodiversiteten

Men hvis livets mangfoldighed er steget og faldet i takt med Jordens astronomiske klimacykler gennem det meste af livets historie, hvordan bliver dette samspil så påvirket af den nuværende menneskeskabte klima- og biodiversitetskrise?

Det er et godt spørgsmål, som vi ikke rigtig ved noget om endnu. En ting er dog sikkert:

Hvor det naturlige samspil foregår i rytmer over tusindvis af år, sker ændringerne nu med en hastighed, der er 10-100 gange hurtigere, end hvis økosystemerne naturligt ville kunne tilpasse sig de astronomiske klimaskifter.

Så et godt bud er nok – desværre – at arter ikke kan nå at tilpasse sig og dermed øges risikoen for accelereret uddøen betragteligt med et stort fald i biodiversiteten til følge.

\ Læs mere

Forskere har undersøgt to enorme, mystiske strukturer i Jordens indre

\ Læs mere

Dinosaur-dræbende asteroide ramte om foråret