Hvis du hadde sett jordkloden fra rommet for fire milliarder år siden hadde du neppe kommet på å kalle planeten for «Jorden». Den var nemlig bare dekket av vann. Men en gang i løpet av de første to milliarder årene endret jorden seg fra en vannverden til en planet med kontinenter som hevet seg over havet. Nøyaktig når denne overgangen fant sted er omdiskutert, hovedsakelig fordi svært få kontinentale bergarter fra denne tiden er bevart.

Med et internasjonalt team av forskere fra Universitetet i Bergen, Universitetet i Utrecht (Nederland) og Universitetet i Münster (Tyskland) har vi nå prøvd å finne svar på dette mangeårige spørsmålet på en ny måte. Ved hjelp av bergarter som registrerer nedbrytningen og oppløsningen av materialer på land, en prosess som vi kaller forvitring, har vi kunnet finne ut hvor lenge landmassene har eksistert. Ved å måle kjemiske fingeravtrykk i en bergart kalt barytt, fant vi ut at kontinenter dukket opp over havet veldig tidlig i jordens historie – opptil én milliard år tidligere enn de forrige estimatene.

Barytt som sjøvannsarkiv

Barytt er en fantastisk stein for å studere hva som skjedde på den tidlige Jorden. Dette er en bergart som dannes ved utfelling fra vann, som havsalt feller ut fra sjøvann i Middelhavet. Den kjemiske sammensetningen av barytt gjenspeiler derfor vannet den vokste fra.

Men i motsetning til havsalt som lett kan løses i pastavannet ditt, er barytt veldig uløselig i vann. Dette betyr at er det vanskelig å endre kjemien til barytt når den først har blitt dannet. Til tross for milliarder av år med regn, vil sammensetningen av gammelt barytt fortsatt reflekterer væskene den ble dannet fra.

For vår studie samlet vi baryttprøver fra Sør-Afrika, Australia og India, hvor eldgamle fragmenter av jordskorpen er funnet i dag. Basert på geologisk feltarbeid og kjemiske analyser tenker vi at disse baryttene ble dannet nær varme kilder på havbunnen, som vi finner i dag også i Norskehavet. Vi kan derfor bruke baryttene til å få informasjon om sammensetningen av tidlig sjøvann.

Forvitring på land endrer sjøvannskjemien

Når bergarter brytes ned av vann, vil de kjemiske grunnstoffene de er bygget opp av løse seg opp i for eksempel regn og elver. Til slutt ender alt dette opp i havene. Men bergarter på land har en annen kjemisk sammensetning enn bergarter på havbunnen. Dette betyr at oppløsning av bergarter fra land, det vi kaller kontinental forvitring, gir et annet kjemisk fingeravtrykk av oppløste grunnstoffer enn forvitring på havbunnen. Når forskere ser på disse fingeravtrykkene i sjøvann, kan de si noe om hvor omfattende forvitringen er på land.

Dette blir imidlertid vanskeligere når vi vil gå tilbake i tid, siden vi ikke har sjøvann som vi kan måle direkte. I stedet må vi bruke bergarter som barytt som gjenspeiler kjemien til tidligere sjøvann, for å finne ut om disse fingeravtrykkene fra kontinental forvitring var til stede for milliarder år siden.

Fingeravtrykk fra tidlig land

Baryttprøvene i vår studie dekker tidsperioden fra 3,5 til 3,2 milliarder år siden, som er en tid da mange ting antas å ha skjedd på jorden, som for eksempel byggingen av de første fjellene. Hvis land var til stede på dette tidspunktet og forvitret ut i havet, så burde vi se en endring i sjøvannskjemien som er registrert i disse baryttene.

Da vi analyserte baryttene, ble vi ganske overrasket over å finne kontinentale kjemiske fingeravtrykk i alle våre prøver. Disse funnene motsier tidligere ideer om at sjøvann på dette tidspunktet var upåvirket av forvitring på land. Den mest sannsynlige forklaringen er at kontinental forvitring begynte mye tidligere enn vi trodde.

Basert på våre data tenker vi at dette kan ha startet så tidlig som for 3,7 milliarder år siden. Dette betyr også at fra dette tidspunktet av må en betydelig mengde land ha dukket opp over havet, kanskje så mye som halvparten av kontinentets areal i dag.

Land gjør livets utvikling mulig

Det tidlige landet kan ha vært et sted hvor mikrobielt liv trivdes, drevet av næringsstoffer som vaskes ut av bergarter under forvitring. Tilførselen av disse næringsstoffene endret sannsynligvis også deres konsentrasjoner i sjøvann og muliggjorde liv i havene for mer enn tre milliarder år siden.

Det er bemerkelsesverdig at de eldste sporene fra tidlig liv samsvarer med tiden da vi nå tror de første kontinentene dukket opp. Dette maler et bilde av en tidlig jord der utviklingen av liv var nært knyttet til de geologiske prosessene som dannet planeten vi lever på i dag.

Funnene er publisert i det ledende tidsskriftet Nature Geoscience.

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap