Projektanslag

Geologisk tidskapsel från dramatisk tid på jorden

I nordvästra Australiens röda sediment döljer sig en geologisk gåta; urgamla kristaller av det hårda mineralet zirkon. Vissa är 4,4 miljarder år och har bildats innan jordskorpan kom till. Martin Whitehouse ska nu analysera kristallerna in i minsta detalj. Han hoppas kunna ta reda på hur jorden såg ut i sin ungdom, innan hon täcktes av kontinentalplattor.

Kristaller av zirkon är otroligt hållbara. När de väl har formats rår ingen naturlig erosionsprocess på dem. Därför är de som en liten tidskapsel från stunden när det bildades. De är också lätta att datera. De innehåller radioaktivt uran som sönderfaller till bly. Ju äldre zirkon, desto mer bly i kristallen.

– Det finns zirkon som har överlevt från det tidiga solsystemet, säger Martin Whitehouse, geolog och forskare vid Naturhistoriska riksmuseet.

Han koordinerar ett Wallenbergfinansierat projekt där forskare nu ska använda dessa tidskapslar för att försöka förstå hur jorden såg ut innan kontinenterna bildades; när jorden fortfarande var fylld av heta vulkaner.

– Frågan är hur det gick till när jorden utvecklades från att ha varit täckt av en ocean av magma, till den jord som vi ser idag, säger Martin Whitehouse.

De kontinentalplattor som driver omkring på jordytan började bildas för runt 3,8 miljarder år sedan. Men hur jorden såg ut innan kontinenterna uppkom är en gåta. Kontinentaldriften har förstört alla bevis från denna epok; när plattorna har krockat mot varandra har spåren ätits upp. Alla spår – utom ett.

Unika kristaller kan berätta om jordens historia

I Jack Hills, en klippkedja i nordvästra Australien, har forskare hittat små rosaktiga kristaller av zirkon, bara 0,1-0,2 mikrometer i diameter, som är upp mot 4,4 miljarder år gamla.

– Det är ett riktigt mysterium. Ingen vet varför de finns just där. Det finns ingenting annat som tyder på att Jack Hills skulle bestå speciella klippor, säger Martin Whitehouse.
Tvärt om är berget annars ganska ungt. Det är en sedimentär bergart som bara är runt tre miljarder år gammal. De flesta zirkonkristallerna är också förhållandevis unga, bara upp emot 3,6 miljarder år. Men runt fem procent kommer alltså från en mycket tidigare epok av jordens historia.

Det här talar om en viktig sak för forskarna: det måste ha funnits granitliknande bergarter på jorden även för 4,4 miljarder år sedan.

– Jordens mantel innehåller inga zirkoner. För att dessa ska bildas krävs ett mineral som innehåller mycket silikat, som till exempel granit, säger Martin Whitehouse.

Granit bildas när basalt börjar smälta

På dagens jord bildas granit när till exempel Stilla havets tunna kontinentalplatta, gjord av basalt, trycks in under Sydamerika. När basalten trycks ner mot jordens inre, värms den upp av manteln och smälter delvis. Ur denna halvsmälta bildas granit. Men hur kan en granitliknande bergart ha formats när det inte fanns någon kontinentaldrift på jorden?

Martin Whitehouse tror att graniten kan ha bildats inuti det lager av basalt som måste ha täckt jorden i dess ungdom. När magma stelnar bildas basalt och på de ställen där lagret blev väldigt tjockt skulle det höga trycket kunna ha smält basalten.
En annan förklaring kan vara att de meteoriter som ofta slog ner på jorden under denna tid kan ha värmt upp basalten.

– Det kan ha skapats fickor av granit. De var inte stora som Anderna, men de kanske var stora som det här museet, säger Martin Whitehouse och refererar till det gigantiska hus han arbetar i. 

Jämförelser med zirkon på månen kan ge nya ledtrådar

I källaren på det Naturhistoriska riksmuseet står den maskin som han nu ska använda för att testa sina teser: en masspektrometer av modernaste modell. Forskarna skjuter kraftiga strålar av cesium eller syrejoner mot kristallerna. När strålarna träffar zirkonet kommer de att slå bort atomer från kristallen. Masspektrometern analyserar vad det är för atomer: vilket grundämne och vilken isotop. En sak Martin Whitehouse är nyfiken på är vilka syreisotoper som finns i kristallerna.

– Det kan berätta för oss om vatten var involverat i processen när basalten smälte. På det viset får vi ett hum om hur det såg ut runt smältan, säger han. 

Han kommer också analysera zirkonkristaller från andra delar av jorden, men också från månen.

– Månen har utvecklats från en bit av jorden. Eftersom det inte finns någon kontinentaldrift på månen, har äldre mineraler bevarats där, säger Martin Whitehouse.

Jämförelsen med dessa zirkoner kan förhoppningsvis ge en ledtråd om hur kristallerna i Jack Hills har formats. Kanske kan vi då få lite mer kunskap om hur jorden såg ut i sin ungdom, innan hon skrynklades till av kontinentaldriften.

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström