Igjen og igjen lyser himmelen opp over jordens golde, månelignende landskap. Byger av kolossale kosmiske kampesteiner trenger inn i den tynne, giftige atmosfære og flammer opp.

Utallige nedslag ryster planeten, men bombardementet etterlater ikke bare et inferno av ødeleggelser. Det legger også kimen til livet.

Med seg har meteorene nemlig livsviktige kjemiske forbindelser som den unge korden mangler for å utvikle seg i framtidens blågrønne paradis.

Flere studier har tidligere pekt på at jorden i sin ungdom var knusktørr på overflaten, og at den først ble beriket med oksygen og hydrogen lenge etter fødselen.

Nå har en internasjonal gruppe forskere ledet av geologen Mario Fischer-Gödde fra universitetet i Köln endelig bevist hypotesen.

Millioner av karbonkondritter regnet ned over den unge jorden og gjorde overflaten våt og fruktbar.

© Ritzau Scanpix

Livet kom fra det ytre solsystemet

Jorden har ikke alltid vært en oase for liv, som i dag. Den nyfødte planeten var flytende, så noen livsviktige komponenter trakk inn i kjernen, mens andre antagelig manglet helt. Det gjorde jorden til en ugjestmild ødemark. Ny forskning viser at et livgivende bombardement av såkalte karbonkondrittmeteorer leverte viktige stoffer som oksygen, hydrogen og kanskje til og med aminosyrer fra de ytre delene av solsystemet. Oksygen og hydrogen bandt seg sammen til vann, mens aminosyrer utgjorde byggesteinene til proteiner.

Dokumentasjonen kommer fra en oppsiktsvekkende stein funnet like ved Grønlands hovedstad, Nuuk. Oppdagelsen er ikke bare sentral for historien om jorden, men kan også få enorm betydning når forskerne leter etter liv i resten av universet.

Ferniss skapte grobunn for liv

Meteorbombardementet som brakte vannet til jorden, har på engelsk fått betegnelsen the late veneer.

Ordet «late» forteller at det var en forsinket leveranse av materiale i forhold til hoveddelen av jordens masse, som ble samlet stort sett i et hogg, da planeten ble dannet for 4,54 milliarder år siden.

«Veneer» betyr ferniss, et tynt overtrekk som ligger ytterst på for eksempel møbler og gir dem en vakker overflate.

Livgivende stoffer kom sent til jorden

Funnet av en helt spesiell type bergart på Grønland avslører at jorden ikke ble skapt på en gang, men at et sent meteorbombardement brakte avgjørende kjemi hit.

© ken ikeda madsen

Små klumper dannet jorden

Jorden oppsto da materiale som gikk i bane i noenlunde samme avstand fra solen, samlet seg til stadig større klumper på grunn av tyngdetiltrekningen. Fordi jorden var glovarm og flytende, sank de tunge grunnstoffene som jern og gull inn mot midten og dannet kjernen.

© ken ikeda madsen

Sammenstøt dannet månen

Noen millioner år etter at den ble dannet, kolliderte jorden med Theia – en planet på størrelse med Mars. Selv om jorden hadde hatt vann fra begynnelsen, ville det ha fordampet. Theias jernkjerne sank til bunns, mens lettere materiale ble slynget ut i rommet og dannet månen.

© ken ikeda madsen

Meteorer blåste liv i overflaten

Etter ytterligere et par millioner år rammet et meteorregn kalt the late veneer, den sene fernissen, jorden. Meteorene inneholdt vann, karbon og et utvalg av de stoffene som ellers var forsvunnet ned i jordens kjerne. Tilførselen av nye stoffer endret kjemien i jordens mantel drastisk.

© ken ikeda madsen

Det avgjørende beviset dukker opp på Grønland

I 2019 finner forskerne en stein på Grønland som inneholder spor av mantelen som den så ut før den sene fernissen. Dermed kan forskerne bevise at meteorregnet fant sted, og at den inneholdt en stor mengde av de såkalte karbonkondrittene.

For jordens vedkommende var fernissen et tynt lag av ulike grunnstoffer som var helt avgjørende for at livet kunne oppstå.

Mistanken om at meteorer dekket jorden med en sen ferniss, ble i første omgang vekket fordi edelmetaller som gull og platina i dag finnes tett på jordoverflaten.

Da jorden ble dannet, endte alle de tunge metallene nemlig i kjernen. Årsaken til at metallene sank ned, finner vi i den måten solsystemets indre steinplaneter oppsto på.

Stoff samlet seg til planeter

Da den nyfødte solen ble skrudde på for 4,6 milliarder år siden, var den omgitt av en såkalt protoplanetarisk skive.

Mens skiven roterte om den nydannede solen, samlet materiale seg i stadig større klumper, helt til bare ett stort himmellegeme dominerte i en gitt bane.

Jorden slo leir vel 150 millioner kilometer fra solen og støvsuget denne sonen av verdensrommet for objekter, mens for eksempel Mars inntok en bane vel 225 millioner kilometer fra solen.

Jorden ville ikke være den samme uden de vigtige stoffer, meteorbombardementet bragte hertil. Ud over at være en livløs klode, ville mange vigtige metaler også mangle.

© shutterstock

Guld er klodens vigtigste ædelmetal både økonomisk og industrielt. Det er elektrisk ledende, formbart og det korroderer ikke.

© shutterstock

Rhenium er et af de mest varmebestandige stoffer, forskerne kender, med et smeltepunkt på 3186 °C. Det benyttes bl.a. i udstødningen på jetmotorer.

© shutterstock

Platin indgår ikke blot i smykker, men også i filtre på dieselbiler og i brændselsceller, som omsætter brint til ren energi.

© shutterstock

Kulstof er den hemmelige ingrediens i organiske forbindelser og dermed for livet på jorden, men indgår også i kulfiber og andre produkter.

Jorden ryddet banen sin så raskt at energien fra sammenstøtene fikk den nyfødte planeten til å smelte. I en flytende planet synker tyngre grunnstoffer til bunns i en prosess som kalles differensiering.

Det dreide seg først og fremst om jern, som sank ned og endte som jordens kjerne, mens lettere grunnstoffer som silisium, oksygen og aluminium steg opp og dannet jordens to ytterste lag – skorpen og mantelen.

Lagdelingen av jorden og sorteringen av stoffer sluttet antagelig noen få millioner år etter at planeten var dannet.

3 mill. dinosaurdrepende asteroider på 10 kilometer svarte det sene bombardementet til.

Sammen med jern forsvandt også størstedelen af de grundstoffer, kemikerne betegner som “jernelskende”, fra overfladen.

Et af dem er det hvide, hårde grundstof ruthenium, der spiller en helt afgørende rolle i den nye opdagelse.

Jakten på tidskapsler starter

Ruthenium tilhører gruppen av lette platinametaller og finnes i naturen i sju stabile isotoper – altså versjoner av det samme grunnstoffet som skiller seg ved å ha et ulikt antall nøytroner i atomkjernen.

Variasjonen gir isotopene ulik vekt og dermed små forskjeller i hvordan de oppfører seg i for eksempel kjemiske reaksjoner.

Når et stjernesystem blir dannet, skapes det et utall av mikroskopiske forskjeller i isotopfordelingen av grunnstoffer i ulike himmellegemer. Det gjelder også isotoper av ruthenium.

Forskergruppen fra Köln – som blant annet den danske geologen Kristoffer Szilas fra Københavns Universitet deltok i – så derfor på isotopfordelingen i ulike grupper av meteorer, som kan gi svar på når bombardementet rammet jorden, hvilken type meteorer det inneholdt, og hvor de kom fra.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Forskerne teller de enkelte atomene

Når forskerne skal undersøke den presise kjemien i en steinprøve, bruker de et såkalt massespektrometer. Prøven pulveriseres, før gasser av de ulike stoffene fortsetter i et magnetisk hinderløp.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Laser og plasma gjør stein om til gass

En laser fordamper et steinfragment. Gassen blir deretter ført i 10 000 °C varmt argonplasma, som gjør om steinens grunnstoffer til ioner, som skytes inn
i massespektrometeret.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Uønskede stoffer bøyer av til siden

Gassen passerer gjennom et magnetfelt som på bakgrunn av masse og ladning bøyer av ionene og sorterer vekk uønskede stoffer. Lette ioner og ioner med tre ekstra elektroner bøyes av mest.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Detektorer registrerer avslørende ioner

En rekke detektorer teller de ønskede ionene. Noen massespektrometere kan spore isotoper av metaller som ruthenium i konsentrasjoner lavere enn en billiondel av den samlede prøven.

Før forskerne kunne bevise at meteorbombardementet i det hele tatt fant sted, måtte de sammenligne rutheniums fingeravtrykk i tre ulike såkalte geokjemiske tidskapsler.

To av tidskapslene hadde forskerne allerede adgang til, nemlig den nåværende jorden og en spesiell gruppe meteorer som kalles karbonkondritter.

Meteortypen består av opp mot 22 prosent vann og er dermed en opplagt kandidat til å ha brakt den livgivende fernissen til jorden.

22 prosent vann inneholder de såkalte karbonkondritt-meteorene.

Men for å forstå sammenhengen fullt og helt manglet forskerne den tredje tidskapselen – et eksempel på den tidlige jordens innhold av ruthenium. Og her kom en grønlandsk stein som sendt fra jordens indre.

Analyse avslørte gammel kjemi

Sammen med kollegene sine oppdaget Kristoffer Szilas nemlig en helt spesiell stein like ved Nuuk. Fjellene bak byen inneholder eldgamle deler av jordens skorpe og kan dermed levere et enestående innblikk i klodens aller tidlige historie.

Grunnfjellet i området består hovedsakelig av tonalettisk gneis: en relativt lys og lett bergart som består av magma størknet under jordoverflaten, som senere har blitt delvis gjort om av trykk og temperatur.

Innleiret i gneisen lå såkalte linser av en mørkere og enda eldre bergart. Forskerne vet ikke akkurat hvordan bergarten med linsene har oppstått, men Szilas er overbevist om at den er en rest av en av klodens aller første landmasser.

Lenge før platetektonikken gikk i gang og skapte egentlige kontinenter, var jorden dekket av et hav av magma som størknet ovenfra.

Skorpen av størknet magma ble etter hvert så tykk og dermed varm i bunnen at mineraler med lavt smeltepunkt igjen ble flytende og dannet en ny magma med en annerledes kjemi.

Den nye magmaen skapte den tonalettiske gneisen på Grønland, som ifølge Szilas deretter samlet opp linser av den mørke bergarten og lagret dem for ettertiden.

Om linsene er 3,8 milliarder år gamle, akkurat som den omgivende tonalettiske gneisen, eller enda eldre, er ikke så viktig.

Det viktige er at de lå dypt nede i jorden – kanskje 30 kilometer – da meteorene rammet, under den sene fernissen og derfor forble upåvirket av de stoffene som bombardementet tilførte.

30 kilometer av Grønlands overflate er erodert vekk de siste 4 milliarder årene.

Til forskernes hell har linsene ikke bare overlevd i flere milliarder år, erosjonen har i mellomtiden gnagd 30 kilometer av overflaten og sørget for at den eldgamle steinen i dag ligger til fritt skue.

Da Kristoffer Szilas og resten av forskergruppen tok en steinprøve med hjem til laboratoriet og undersøkte den for ulike grunnstoffer, fant de akkurat det de lette etter.

Den danske geologen Kristoffer Szilas har ved hjelp av en fire milliarder år gammel grønlandsk stein bevist hvordan den unge jorden så ut.

© Kent Pørksen

Steinen inneholdt isotoper av ruthenium og kunne dermed utgjøre den tredje geokjemiske tidskapselen fra den unge jorden.

Rett linje viser kosmisk cocktail

Forskerne undersøkte forholdet mellom isotopene ruthenium-100 og ruthenium-101 samt ruthenium-101 og ruthenium-102 i tidskapslene fra den unge jorden, den nåværende jorden og fra karbonkondrittmeteorene.

Når geologene snakker om isotopforhold, mener de avvik i prøvene i forhold til en definert standard. I rutheniums tilfelle er standarden den gjennomsnittlige fordelingen av isotopene i den delen av jorden som kalles mantelen.

Hvis isotopforholdet i den nåværende mantelen får verdien null, kan andre forhold identifiseres som enten over eller under, og tidskapslenes rutheniumfingeravtrykk plottes i et koordinatsystem med to akser.

Når jordens nåværende sammensetning av ruthenium og sammensetningen i karbonkondrittene settes inn, oppstår det en rett linje. Akkurat på den linjen ligger også rutheniumforholdet i den grønlandske steinen – bare i motsatt retning av karbonkondrittene.

Med andre ord framstår jordens nåværende fordeling av rutheniumisotoper som en perfekt blanding mellom jordens opprinnelige kjemi, representert ved den grønlandske steinen, og den kjemien jorden fikk tilført med karbonkondrittene via the late veneer.

Jupiter sendte meteorer vår vei

I tillegg til å underbygge teorien om den sene fernissen gir forskergruppens studie også et anslag for hvor stor en del av jordens nåværende masse som ble brakt hit av bombardementet.

Forskerne gjetter på at meteorene utgjør vel 0,3 prosent av jordens vekt – noe som svarer til 20 trilliarder tonn.

Et spørsmål Kristoffer Szilas og kollegene hans imidlertid ikke har besvart, er hvorfor bombardementet i det hele tatt fant sted, for selv om karbonkondritter i dag eksisterer i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter, viser en studie fra 2019, under ledelse av astrokjemikeren Thomas S. Kruijer fra Lawrence Livermore National Laboratory i USA, at de er dannet lengst ute i det opprinnelige solsystemet langt fra jorden.

© ken ikeda madsen

Jupiter kastet stein

Karbonrike meteorer som karbonkondrittene stammer fra det ytre solsystemet. De ble slynget lenger inn mot solen av Jupiters gravitasjonsfelt, der de kickstartet livet.

Lettere stoffer forsvinner fra det indre solsystemet

I de første årmillionene av solsystemets levetid blir materiale sortert, slik at området nærmest solen får et lavt innhold av lettere stoffer, for eksempel karbon

Karbon samler seg i det ytre solsystemet

De lettere grunnstoffene blir konsentrert i solsystemets ytre områder og danner asteroider og asteroider med et høyt innhold av blant annet karbon.

Jupiter fôrer jorden med karbon

I takt med at Jupiter vokser, slynger tyngdekraften materiale fra det ytre solsystemet innover. Jupiter kan faktisk selv ha beveget seg inn mot solen og ut igjen.

Kruijer og kollegene hans gir imidlertid en mulig forklaring ved hjelp av en modell av det helt unge solsystemet og veksten av planetenes gasskjempe, Jupiter.

I løpet av bare 500 000 år nådde Jupiter en masse på 20 ganger jordens og blokkerte med gravitasjonsfeltet sitt at materiale fra det indre og det ytre solsystemet kunne blandes.

Jupiter vokste videre og nådde etter to millioner år en masse på 50 ganger jordens. Ifølge modellen betydde den kraftige vektøkningen at Jupiters bane ble så ustabil at den beveget seg innover i solsystemet, mot solen.

Forstyrrelsen spredte seg som ringer i vannet og slynget materialet fra det ytre solsystemet inn i det indre. Her skapte det en plutselig og sen stigning i antallet meteornedslag på de indre planetene: the late veneer.

Dermed blir Jupiter, som i dag har vokst til 318 jordmasser, plutselig avgjørende for at jorden i dag har liv. For uten kjempeplanetens innblanding ville gull, platina og aller viktigste vann antagelig forblitt langt fra jorden.

Sjansen for liv i rommet stiger

Regnestykket for det unge solsystemet passer nå mye bedre. Men forskningen har også skapt ny kunnskap som på sikt kan få enda større betydning.

Sporene etter den sene fernissen avslører nemlig at mesteparten av de stoffene som er avgjørende for livet, først ble levert til jorden forholdsvis sent.

Jo senere livsbetingelsene kom til jorden, jo raskere har livet utviklet seg. Det betyr at eksoplaneter, altså kloder i fremmede stjernesystemer som hittil har blitt betraktet som for unge til å ha liv, kanskje er verdt å kaste et grundigere blikk på. Og selv i vårt eget nabolag kan store oppdagelser være på vei.

Både jorden og Mars ligger i den såkalte beboelige sonen, og her kan livet ha blomstret i den veldig korte perioden fra vannet ankom til planeten for fire milliarder år siden til Mars mistet magnetfeltet og atmosfæren.

Mars-roveren Perseverance har derfor som sitt primære formål å lete etter spor av the lete veneer og senere liv på den røde planeten.