Jordens tektoniske plade er i konstant bevægelse, om end i et tempo der er svært at få øje på.
Typisk bevæger jordskorpens plader sig i en fart, der minder om væksthastigheden for en fingernegl – altså ganske få centimeter om året.
Umiddelbart lyder det ikke af meget, men konsekvenserne af disse pladetektoniske bevægelser er enorme for vores planet.
Når pladerne flytter sig bort fra hinanden, opstår der vulkanisme, og ny skorpe dannes langs midtoceanryggene på havbunden.
Når disse plader kolliderer, synker den en side ned under den anden i det, der kaldes en subduktionszone, og der opstår kontinentalskorpe og bjergkædedannelse.
Ingen andre planeter, vi kender til, har pladetektonik.
\ Book et gratis foredrag om grønlandske sten og jordens oprindelse
Artiklens forfatter, Kristoffer Szilas, er med i ‘Bestil en Forsker’-ordningen – en del af Forskningens Døgn – og kan til og med 30. marts bookes gratis til at holde et foredrag mellem 22.-29. april. Det tilbud gælder også for de øvrige forskere i ordningen.
Kristoffer Szilas stiller op med foredraget ‘Grønlandske sten kan fortælle os historien om Jordens oprindelse’ og kan bookes her.
Var Jorden for varm til pladetektonik?
I stedet taler man om vertikal tektonik, som fungerer lidt i stil med en lavalampe, hvor varme dele af kappen stiger op, og kolde dele af skorpen synker ned.
Jorden var markant varmere i sin tidlige historie, hvilket formentlig betød, at de tektoniske plader ikke var stabile.
Derfor mener forskere, at vores planet startede med at have vertikale tektoniske bevægelser som alle andre planeter.
Med tiden opstod tydeligvis pladetektonik med sine karakteristiske horisontale tektoniske bevægelser, som vi har i dag.
Pladetektonikkens kontinuerlige fornyelse af Jordens overflade frigiver essentielle næringsstoffer og regulerer atmosfærens sammensætning og dermed klimaet.
Forskere mener derfor, at den pladetektoniske mekanisme er essentiel for, at liv kan trives og udvikle sig i tidsrum af milliarder af år.
Derfor er et af de mest fundamentale spørgsmål indenfor geologien: ’Hvorfor og hvornår opstod pladetektonik her på Jorden?
Grønland gemmer på svaret
Jeg leder en forskergruppe på Københavns Universitet, som netop undersøger dette og relaterede spørgsmål.
Vi udfører feltarbejde i Grønland hver sommer og indsamler prøver, som vi undersøger for deres indhold af mineraler og deres geokemiske sammensætning.
Denne information bruger vi til at tolke deres alder og de geologiske processer, som oprindeligt dannede bjergarterne.
Hidtil har man tolket 3,7 milliarder år gamle grønlandske lavabjergarter ved Isua tæt ved Nuuk som værende skabt af pladetektonik. Men de seneste år har en række studier sat spørgsmålstegn ved den tolkning (se for eksempel her og her).
Min postdoc, Pedro Waterton, har netop publiceret et studie, som bakker den nye tolkning op. Vi finder dermed ikke grundlag for, at Isuas særlige bjergarter er opstået ved pladetektonik. Tværtimod (det vender jeg tilbage til).
\ 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 vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Forskerne er vildt uenige om pladetektonikkens oprindelse
Umiddelbart skulle man tro, at et så grundlæggende spørgsmål som: ’Hvornår opstod pladetektonik?’ var afklaret for længst.
Men faktum er, at der foregår en heftig debat om netop dette, på trods af årtiers forskning.
Estimaterne for, hvornår pladetektonik opstod her på Jorden, strækker sig fra for fire milliarder år siden til for under én milliard år siden. Med andre ord er der slet ingen konsensus om dette vigtige geologiske spørgsmål.
Årsagen til denne enorme usikkerhed er i høj grad, at der ikke er enighed om kriterierne for, hvad der kan tolkes som geologisk evidens for pladetektonik og vulkanisme ved subduktionszoner (se faktaboksen).
Nogle geologer hæfter sig ved variationer i koncentrationen af sporgrundstoffer i gamle vulkanske bjergarter, eksempelvis ratioen mellem thorium og niobium, der typisk er høj i lavaer, som er dannet ved pladetektoniske grænser.
\ Centrale begreber forklaret
Jordens skorpe: Den yderste faste overflade som udgøres af stenmateriale.
Jordens kappe: Den indre varme del af planeten, som bevæger sig på grund af varmetransport og nedsynkende skorpe.
Pladetektonik: Den teori, som forklarer, hvorfor Jordens skorpe er i bevægelse og konstant destrueres og fornyes lang pladegrænserne.
Subduktionszone: Den situation, hvor en tektonisk plade skubbes under en anden og synker ned i Jordens dybere dele (kappen).
Andre geologer kræver, at diagnostiske højtryksmineraler skal være bevaret, såsom mineralerne glaukofan og omfacit, som udelukkende dannes dybt i subduktionszoner.
Endelig er der geofysikerne.
Via computermodeller kan de modellere de vertikale tektoniske processer, der måtte have eksisteret, før pladetektonikken opstod, men de kan ikke bevise, hvornår skiftet til pladetektonisk fandt sted alene ud fra computermodellerne.
Der skal mere håndgribelige beviser til i form af bevarede bjergarter med diagnostiske mineraler og en bestemt geokemisk sammensætning.
Implikationer for exoplaneter
Debatten om hvornår pladetektonik opstod på Jorden er blevet endnu mere relevant de seneste år, i takt med at der konstant bliver opdaget nye exoplaneter i vores galakse.
For hvis vi ikke engang har styr på vores egen planets geologiske udvikling, hvordan skal vi så kunne tolke data fra exoplaneter?
Pladetektonik resulterer som nævnt i kollisionszoner, hvor der opstår vulkanisme og bjergkædedannelse.
Dermed sker der kemisk udveksling mellem Jordens indre og hydrosfæren (oceaner og atmosfære), for eksempel reaktion mellem lava og havvand.
Det er denne udveksling, som bestemmer atmosfærens sammensætning og udvikling over millioner af år, og det vil netop være sådanne signaturer, som vil blive observeret med det nye James Webb-rumteleskop.
\ Læs mere
Grønlandsk forkærlighed for pladetektonik
Videnskab burde som bekendt være helt objektiv og upåvirket af, hvem der fremsætter en given model eller teori.
Ikke desto mindre ser man tydelige lokale videnskabelige traditioner indenfor den geologiske tolkning af ellers identiske bjergarter i henholdsvis Grønland og Australien.
Det op til 3,6 milliarder år gamle Pilbara-område i det nordvestlige Australien betragtes som det bedste eksempel på den form for vertikal tektonik, der eksisterede, før pladetektonik opstod på Jorden.
Her mener man, at der i stedet for horisontale pladetektoniske bevægelser eksisterede den form for vertikale bevægelser, hvor lava og vulkaner opstod via dybe opstigende dele af Jordens kappe, som tilsvarende blev erstattet af nedsynkende dele af Jordens skorpe.
Hvorfor? Fordi Jorden, som nævnt ovenfor, var markant varmere dengang, end den er i dag.
Derfor var de tektoniske plader ikke stabile nok til at kunne andet end at synke direkte tilbage i Jordens kappe.
Lignende vulkanske bjergarter med en alder på 3,7 milliarder år finder man ved Isua i det sydvestlige Grønland.
Alligevel har man en meget lang tradition for at tolke disse bjergarter med udgangspunkt i nutidens geologiske processer, det vil sige i et pladetektonisk paradigme.
Dette gælder både forskere fra Danmark, Tyskland, Canada og Australien, som beskæftiger sig med bjergarter med en tilsvarende alder andre steder i verden.
Et paradigmeskifte er på vej
En række studier har de seneste par år sat spørgsmålstegn ved den hidtil fremherskende model for Grønlands berømte bjergarter ved Isua, som regnes for at være de ældste vulkanske og sedimentære aflejringer på Jorden.
Et studie, der blev publiceret i 2020, undersøgte strukturerne af bjergarterne ved Isua og fandt, at disse tyder på en form for vertikal tektonik, som man ikke kan forklare med pladetektonik, der resulterer i horisontal deformation af bjergarter.
Et andet studie fandt sidste år, at jern-isotoper i lava fra Isua udviste tegn på en meget dyb kilde i Jordens kappe, som ligeledes tyder på vertikale tektoniske bevægelser.
Den samme konklusion fandt en af verdens ledende geokemikere i en sammenfattende artikel.
Han konkluderede, at de vulkanske bjergarter ved Isua ikke er dannet ved pladetektonik, men i stedet via vertikale tektoniske bevægelser.
Meget tyder altså på, at det pladetektoniske paradigme for Isua er ved at blive erstattet med et nyt paradigme, der kan forklare disse meget gamle bjergarter ved vertikale tektoniske processer.
Ingen geokemiske tegn på pladetektonik ved Isua
I et helt nyt studie udgivet i tidsskriftet Earth and Planetary Science Letters undersøgte vi bjergarterne ved Isua.
Vi fokuserede på den information, man kan udlede af platin-gruppe-metallerne samt isotopsammensætningen af osmiums henfald fra rhenium.
Platin-gruppen omfatter udover platin også grundstofferne ruthenium, rhodium, palladium, iridium og osmium.
Disse metaller er vigtige, fordi de er blev tilført til Jorden, efter dens kerne blev dannet. De fortæller os derfor noget om, hvilken temperatur en given vulkansk bjergart blev dannet ved.
Desuden kan man bruge osmium-isotoper til at datere, hvornår den vulkanske aktivitet fandt sted.
De geokemiske signaturer, vi observerede, viser med al tydelighed, at der ikke findes fragmenter af Jordens kappe ved Isua, hvilket ellers har været et af de stærkeste argumenter for en pladetektonisk tolkning af bjergarterne.
I stedet viser disse bjergarter tegn på dannelse fra dybt opsmeltende kappe og varm magma. Dette stemmer overens med argumenterne fra de nyere studier, der tolker Isua i det vertikal-tektoniske paradigme.
Minder om Venus
En lignende model, hvor vulkanisme med dyb forankring i kappen er domineret af vertikale bevægelser, er faktisk det, man antager for planeten Venus.
Det giver rigtig god mening, at Jordens tidligste tektoniske processer fungerede på samme måde, fordi Jorden var betydeligt varmere dengang, og tektoniske plader derfor ikke var stabile.
Så hvornår opstod pladetektonik på Jorden? Formentlig et sted mellem 3-2,5 milliarder år siden, og vand spillede en ikke ubetydelig rolle i den sammenhæng.
Den historie har jeg skrevet mere om i Aktuel Naturvidenskab. Så hvis du ikke kan få nok af pladetektonik, kan du læse videre her.
Hvis du vil læse om, hvorfor mange forskere mener, pladetektonik er fundamentalt for liv, kan du se mere i boksen lige herunder.
Det nye danske studie blev udført at Postdoc Pedro Waterton som en del af mit forskningsprojekt med titlen ’The Oldest Rocks on Earth’, som er støttet af Carlsbergfondet.
\ Læs mere
\ Kilder
- Kristoffer Szilas’ profil (KU)
- ‘Mysteriet om Jordens kontinenter og pladetektonik’, Aktuel Naturvidenskab (2021)
- ‘No plate tectonics necessary to explain Eoarchean rocks at Isua (Greenland)’ Geology (2022), DOI: 10.1130/G49278.1
- ‘No mantle residues in the Isua Supracrustal Belt’, Earth and Planetary Science Letters (2022), DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117348
- ‘A non–plate tectonic model for the Eoarchean Isua supracrustal belt’, Lithosphere (2020), DOI: 10.1130/L1130.1
- ‘Iron isotopes trace primordial magma ocean cumulates melting in Earth’s upper mantle’, Science Advances (2021), DOI: 10.1126/sciadv.abc7394
\ Pladetektonik er fundamental for liv
Opløft af kontinentalskorpen er en meget vigtig geologisk proces, fordi dybtliggende bjergarter bliver eksponeret for vejr og vind, hvilket gør, at mineralerne nedbrydes via forvitring og reaktion med atmosfærens kuldioxid.
Når klimaet er varmt, foregår denne nedbrydning hurtigt, og kuldioxid fjernes dermed effektivt fra atmosfæren.
Når klimaet er koldt, går processen langsomt, og kuldioxid får lov at akkumulere i atmosfæren for til sidst at varme klimaet op via drivhuseffekten.
Denne forvitringsproces fungerer med andre ord som en slags naturlig termostat for klimaet over geologiske tidsrum og er med til at gøre Jorden beboelig.
Desuden frigiver nedbrydningen af mineralerne en masse næringsstoffer, såsom kalium og forfor, som er kritiske for komplekst liv.
Eftersom pladetektonik er unik for vores planet, mener man, at denne geologiske mekanisme er essentiel for, at liv kan trives og udvikle sig over lange tidsperioder.
Derfor er et af de mest fundamentale spørgsmål indenfor geologien: ’Hvorfor og hvornår opstod pladetektonik her på Jorden?’
Læs også: Studie af 3D-modeller: Vi har måske taget fejl af bevægelserne i Jordens tektoniske plader
\ Bestil et gratis forskerfordrag 2022
Forskerzonen har bragt en del artikler skrevet af forskere, der til og med 30. marts kan bookes til et gratis onlineforedrag under Forskningens Døgn 22.-29. april.
Artiklerne er alle indenfor samme emne som foredragene.
Herunder linker vi til de foredrag, der kan bookes, samt forskernes relaterede artikler. For overblikkets skyld har vi delt dem op i kategorierne naturvidenskab, krop & sundhed samt kultur & samfund.
Husk: Alle kan bestille en forsker.
Naturvidenskab
Aage Kristian Olsen Alstrup med foredraget ‘Obduktion af strandede hvaler giver ny viden om hvalers evolution‘ – læs artiklen ‘Døde hvaler fortæller om smitsomme sygdomme og forandringer i klima‘
Bertil F. Dorch med foredraget ’Mød mig på Cassiopeia: Tycho Brahes Supernova’ – læs artiklen ’Vil kæmpestjerne Betelgeuse forårsage dommedag?’
Peter Laursen med foredraget ’Galakser – Universets byggesten’ – læs artiklerne ’Big Bang – en øjenvidneberetning’ og ’Hvad er en galakse’ samt se videoen ’5 ting, du skal vide om galakser’.
Kasper M. Paasch med foredraget ‘Solcellesystemer og teknologi‘ – læs artiklen ‘Derfor skal solceller ud af skyggen‘
Magnus Kjærgaard med foredraget ’Hukommelsens molekyler’ – læs artiklen ’Det sker i hjernen, når vi skaber minder’
Tue Hassenkam ’Livets oprindelse – fra et nanometer perspektiv’ – hør podcasten ’På jagt efter livets byggeklodser i stjernestøv’
Carol Anne Oxborrow med foredraget ‘ASIM: På jagt efter universale mysterier fra Den Internationale Rumstation‘ – læs artiklen ‘Gå i Andreas Mogensens fodspor på jagt efter mystiske kæmpelyn‘
Erik Skovbjerg Rasmussen med foredraget ‘Da Nildeltaet lå på tværs af Jylland’ – læs artiklen‘ – læs artiklen ‘Vilde floder og et jysk Nildelta: Tag med på rejse til fortidens Danmark‘
Jes Henningsen med foredraget ‘Hvor lang tid varer et sekund?‘ – læs artiklen ‘Tiden går – eller gør den?‘
Laura Stidsholt med foredraget ‘Ny teknologi afslører flagermusens dødbringende jagt i mørket‘ – læs artiklen ‘Flagermus er effektive dræbere, fordi de jager med tunnelsyn‘
Kurt Buchmann med foredraget ‘Parasitter i fisk – er de farlige?‘ – læs artiklen ‘Bør vi være bange for parasitter i fisk?‘
Nanna Hartmann med foredraget ‘Life in plastic, not so fantastic? (Dansk)‘ – læs artiklen ‘Forsker: Fokus på enkelte fund af mikroplastik overskygger et meget større problem‘ og ‘Life in plastic, not so fantastic? (Dansk)‘
Luca Maurizi med foredraget ‘Microplastics in our daily life‘ – læs artiklen ‘Forsker: Den næste pandemi bliver – måske – forårsaget af plastik‘
Krop og Sundhed
Helle Gerbild med foredraget ‘Fysisk aktivitet kan forebygge og afhjælpe rejsningsproblemer‘ – læs artiklen ‘Rejsningsproblemer? Motion kan være løsningen‘
Sebastian Bao Dinh Bui med foredraget ‘Den flyvetur gav mig hovedpine! Bliv klogere på flyrelateret hovedpine‘ – læs artiklen ‘Flyrelateret hovedpine: Får du også smerter i hovedet, når du flyver?‘
Morten Arendt Vils Rasmussen med foredraget ’Sådan kan kemometri bruges til at spotte brystkræft’ – læs artiklen ’Kemometri kan hjælpe med at spotte brystkræft, falsk olivenolie og allergikere’
Mikael Palner med foredraget ‘Can Magic Mushrooms cure disease?‘ – læs artiklen ‘Psykedelisk terapi uden den psykedeliske oplevelse? Forsker forklarer videnskaben bag syretrips‘
Suresh Rattan med foredraget ’Age and ageing’ – læs artiklen ‘Den optimale levealder er 45 år’
Hanne Irene Jensen med foredraget ’Hvornår skal man stoppe livsforlængende behandling? – læs artiklen ’Hvornår skal vi sige ja til døden og nej tak til behandling?’
Thorkild I.A. Sørensen med foredraget ‘Myter på afveje om fedme‘ – læs artiklen ‘Myte på afveje: Hvad kommer fedme af?‘
Jens Høiriis Nielsen med foredraget ‘Fedme og diabetes: Blot et spørgsmål om livsstil?‘ – læs artiklerne ‘Du bliver, hvad din mor og far har spist‘ og ‘Hvordan bekæmper vi bedst type 2-diabetes?‘
Jens Lykkesfeldt med foredraget ‘C-vitamins betydning for sundhed og sygdom‘ – læs artiklen ‘Holder C-vitamin dine blodkar sunde?‘
Peter Krustrup med foredraget ‘Fodbold som medicin/Football as medicine’ – læs artiklen ‘Fodbold er medicin: Det er tid til at lade patienterne spille med‘
Kenneth Klingenberg Barfod med foredraget ‘Hvad betyder tarmbakterier for vægttab og spiseforstyrrelser som anoreksi?‘ – læs artiklen ‘Slim-elskende bakterier fra frisk lort kan måske hjælpe anoreksi-patienter‘
Hanne Tange med foredraget ‘Interkulturelle kompetencer: Hvorfor, hvad og hvordan?‘ – læs artiklerne ‘Hvor vigtige er internationale studerende for dansk forskning?‘ og ‘Betyder mere engelsk på universiteterne en favorisering af amerikansk forskning?‘
Mark Schram Christensen med foredraget ‘Bevidsthed, hjernen og bevægelse‘ – læs artiklen ‘Er bevidstheden om ens bevægelser nødvendig for at udføre dem?‘
Anette Schnieber med foredraget ‘Cravings: Jeg kan ikke lade være…‘ – læs artiklen ‘Psykologiske strategier kan reducere dine cravings‘
Kultur & Samfund
Thomas Søbirk Petersen med foredraget ’Debatten der aldrig vil dø – et forsvar for aktiv dødshjælp’ – læs artiklerne ’Forsker: Derfor bør aktiv dødshjælp være lovligt i Danmark’ og ‘Derfor er aktiv dødshjælp ikke en glidebane‘
Carsten Humlebæk med foredraget ’Er det bare Catalonien, der er gået i selvsving eller er det hele Spanien?’ – læs artiklen ’Er en løsning i sigte i Catalonien?’
Peter G. Harboe med foredraget ’Hvad gør man, hvis man har for mange projekter?’ – Læs artiklen ’Sådan undgår du, at læring fra projekter går tabt’
Martin Klatt med foredraget ‘Grænser under pres. Hvad sker der med det grænseløse Europa?‘ – Læs artiklen ‘Grænser er kommet på mode igen‘
Karl Christian Lammers med foredraget ‘Tyskland efter murens fald’ – læs artiklen ‘5 ting, du skal vide om murens fald‘
Jørgen Mikkelsen med foredraget ‘Rejsen til Tranquebar: Danmarks handel med Kina og Indien i 1700-tallet‘ – læs artiklen ‘Selvmord og skibskapring: Tag med Asiatisk Kompagni på en dramatisk rejse til Indien i 1700-tallet‘
Henriette Lyngstrøm med foredraget ‘Vikingetid i Danmark – arkæologisk set‘ – læs artiklerne ‘Vikingerne pyntede deres bygninger med overraskende farvevalg‘ og ‘Arkæolog: Vikingetiden burde hedde stålalderen‘
Louise Klinge med foredraget ‘En god skole for alle børn og unge‘ – læs artiklerne ‘Forsker: Sådan kan skolen engagere alle elever‘ og ‘Latter på skolen holder eleverne i stolen‘
Ole B. Jensen med foredragene ‘Dark Design – når byen afviser mennesker gennem design‘ og ‘Det Epidemiske Samfund – hvad COVID-19 gør ved os‘ – læs artiklerne ‘Dark design’ – når byen indrettes til at afvise mennesker‘ og ‘COVID-19 har været ét stort socialt eksperiment: Dette har vi lært om os selv‘
Ulla Koch med foredraget ‘Astrologi og astronomi i Oldtidens Babylon‘ – læs artiklen ‘Vores hjerners evne til mønstergenkendelse gør os modtagelige for overtro og varsler‘
Jesper Boldsen med foredragene ‘Dit efternavn fortæller en historie‘ og ‘Skeletterne beretter: Danmarks befolkning gennem 1000 år‘ – læs artiklen ‘Forskerens Favorit: Et spedalsk skelet åbnede middelalderforskningens øjne‘
