Meteorer ga jorden førstehjelp

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.