Bevis från en gammal del av jordskorpan tyder på att jorden en gång var en vattenvärld, för cirka tre miljarder år sedan. Om det är sant kommer det att betyda att forskare måste ompröva lite tänkande kring exoplaneter och livsmiljö. De kommer också att behöva överväga sin förståelse för hur livet började på vår planet.
En ny artikel presenterar dessa resultat i tidskriften Nature Geoscience. Uppsatsens titel är ”Begränsad archaean kontinental framväxt återspeglas i en tidig archaean18O-anrikat hav. ” Medförfattarna är Boswell Wing vid University of Colorado, Boulder, och hans tidigare post-doc-student, Benjamin Johnson vid Iowa State University.
Arbetet är inriktat på ett område i den australiensiska Outback som kallas Panorama-distriktet. I den regionen i nordvästra Australien finns en platta på havsbotten som är 3,2 miljarder år gammal, som har vänt på sin sida. Jordskorpan innehåller kemiska ledtrådar om forntida jordens havsvatten.
"Det finns inga prover av riktigt forntida havsvatten som ligger runt, men vi har klippor som interagerade med det havsvattnet och kom ihåg den interaktionen," sade Johnson i ett pressmeddelande.
"Ursprunget och utvecklingen av jordens biosfär formades av havets fysiska och kemiska historia."
Från tidningen ”Begränsad archaean kontinental framväxt återspeglas i en tidig archaean18O-anrikat hav.
Författarna ville starta debatten om hur den forntida jorden såg ut och bryta ny mark i diskussionen.
I inledningen till sitt papper säger de två författarna ”Ursprunget och utvecklingen av jordens biosfär formades av havets fysiska och kemiska historia. Marina kemiska sediment och förändrade havskorpor bevarar en geokemisk registrering av dessa historier. Marina kemiska sediment uppvisar till exempel en ökning av deras18O/16O-förhållande genom tid. ”
Marina sediment har studerats över tid, men författarna till denna studie tittade på den antika skorpan istället. De gamla oceanerna innehöll olika typer av syre som sedan deponerades i jordskorpan. Forskarna samlade över 100 prover av det forntida berget och analyserade det för två syreisotoper: syre-16 och syre 18. De ville hitta den relativa mängden av varje isotop i den antika skorpan, för att jämföra den med mängderna i sedimentet.
Deras resultat visade mer syre-18 i jordskorpan när den bildades för 3,2 miljarder år sedan, vilket innebär att havet vid den tiden hade mer syre-18. Forskarparet säger att det betyder att när den skorpan bildades fanns inga kontinenter. Detta beror på att när kontinenter bildas innehåller de leror, och dessa leror skulle ha absorberat det tyngre syre-18. Så om det hade funnits kontinenter för 3,2 miljarder år sedan, skulle deras skorpaprover ha hållit mindre syre-18.
Den övergripande slutsatsen av deras arbete är att jordens hav gick genom två distinkta tillstånd: en före kontinenter som bildades och en efter att kontinenter bildades.
Marina kemiska sediment har studerats i stor utsträckning för att försöka sammanföra kontinentalbildning på forntida Jorden. Som studien säger inkluderar de gamla sedimenten "karbonater, fosfater, mikrokristallin kiseldioxid och järnoxider. Eftersom dessa mineraler bildas direkt från vattenhaltiga arter, kan de återspegla?18O av vattnet som de samexisterar med. ” Sedimenten är som en arkivregistrering av jorden vid den tiden, och de äldre sedimenten visar att syre-18-värden ökar stadigt genom tiden, ända fram till idag. Men detta arbete står i kontrast till det, och författarna antyder att havsvatten-syre-18 minskade genom tiden.
Paret av forskare konstruerade en modell för forntida Jorden som visade att ”initieringen av kontinental väderbildning i det sena Archaean för mellan 3 och 2,5 miljarder år sedan skulle ha dragit ner en18O-anrikat tidigt arkeiska havet till?18O-värden som liknar de för modernt havsvatten. ” Så först efter att kontinenter bildades, kunde syre-18-värdena börja se ut som moderna värden.
Även om denna studie pekar på möjligheten till forntida Jorden som en vattenvärld, betyder det inte att planeten var utan några landformer. Östorlekar av land, eller till och med mikrokontinenter, kan ha funnits vid den tiden, vulkanisk i naturen och mycket stenig. Men de typer av stora landformer som täcker jorden idag, rika på jord och med höga bergskedjor, kanske inte har funnits. Om de hade gjort det, hade syre-18-innehållet mer liknar dagens.
"Det finns inget i det vi har gjort som säger att du inte kan ha små, mikrokontinenter som sticker ut ur havet," sa Wing i ett pressmeddelande. "Vi tror bara inte att det fanns en global bildning av kontinental jord som vi har idag."
Författarna tyder inte på att deras arbete är det definitiva beviset i den pågående diskussionen kring den tidiga jorden. De noterar att det är andra möjliga skäl till deras resultat.
Om de forntida kontinenterna bildades mycket långsammare än moderna kontinenter, kan det förklara skillnaden i syre-18. Det är också möjligt att lerorna som absorberar syre-18 bildas i själva havet snarare än på kontinenterna.
Det pekar på ett bestående mysterium inom jordvetenskap: när exakt bildade kontinenter?
Enligt vissa bevis är det troligt att kontinenterna bara kan bildas när jordens kärna tappar värme och kyls ned. I alla fall tog moderna kontinenter inte form förrän efter Jurassic. Innan dess täckte den enda superkontinenten Gondwana ungefär en femtedel av jordens yta. Wing vill undersöka yngre områden i jordskorpan för att försöka bestämma när de moderna kontinenterna bildades.
Denna studie berör också tidigt liv på jorden, och hur och när den bildades. Jordens tidiga oceaner, ungefär som moderna hav, fungerade som en buffert, som "förmedlade klimatåterkopplingar mellan biosfären, atmosfären och geosfären genom djup tid, vilket hjälpte till att säkerställa en långsiktig planetarisk livsmiljö."
Vetenskapen har målade en bild av hur den tidiga jorden kan ha sett ut och hur naturen i haven var. Men det är långt ifrån komplett. Beviset är allt begravt, i sten och i tid. Och när vi försöker förstå klimatförändringarna här på jorden, och när vi får en bättre och bättre titt på exoplaneter, får alla dessa frågor om forntida jorden, oceanerna och biosfären ny betydelse.
Som författarna säger i sin tidning: ”En tidig jord utan framväxande kontinenter kan ha liknat en” vattenvärld ”, vilket gav en viktig miljömässig begränsning av livets ursprung och utveckling på jorden såväl som dess möjliga existens någon annanstans.“
”Livets historia på jorden spårar tillgängliga nischer,” sade Wing. "Om du har en vattenvärld, en värld täckt av hav, kommer torra nischer bara inte att vara tillgängliga."
Mer:
- Forskningsdokument: Begränsad archaean kontinental framväxt återspeglas i ett tidigt archaean 18O-anrikat hav
- Pressmeddelande: Early Earth kan ha varit en "vattenvärld"
- Wikipedia: Ocean Planet
