Fig. 1: Kratonenes plassering på verdenskartet er markert med mørkere områder. Bildekilde: AGU EOS, https://eos.org/features/cratons-why-are-you-still-here
Jordens eldste bergarter inneholder de første dagbokoppføringene om planeten vår. Disse eldgamle bergartene har tålt tidens prøvelser – de hvisker historier om transformasjon og livets tidligste opprinnelse. Forskere studerer disse bergartene for å finne ut av hvordan planeten vår så ut for mange, mange år siden – de ser etter ledetråder i bergartene som avslører forsvunne atmosfærer, skiftende hav og selve livets opprinnelse. I dag utforsker vi hvordan, og hvor, vi finner disse stumme historiefortellerne fra jordens dype fortid.
Kontrovers om å estimere bergarters alder
Jordens alder har lenge vært debattert. På 1700-tallet foreslo den franske naturforskeren Comte de Buffon at den kunne være 75 000 år gammel – radikalt for sin tid. Men geologer trengte mye lengre tidsskalaer for å forklare jordens egenskaper. James Hutton foreslo at jorden «ikke hadde noen spor av en begynnelse, ingen utsikt til en slutt», og at den utviklet seg gradvis over uendelig tid. Denne ideen ble senere popularisert av Charles Lyell som uniformitarisme.
Et gjennombrudd kom i 1896 da Henri Becquerel oppdaget urans stråling. Marie og Pierre Curie identifiserte dens atomære opprinnelse og skapte begrepet radioaktivitet. Ernest Rutherford viste senere at radioaktivt henfall produserte helium og nye grunnstoffer. Han daterte bekblende til minst 570 millioner år – noe som markerte det første radiometriske aldersestimatet for et jordisk materiale. Arthur Holmes forbedret Rutherfords metode og bestemte bergartsalderen over hele Europa og Afrika, og la dermed grunnlaget for moderne radiometrisk datering.
Takket være disse fremskrittene vet vi nå at jorden er omtrent 4,54 milliarder år gammel. De eldste bergartene – over 4 milliarder år – er funnet i Canada, Sør-Afrika, India, Australia, Brasil, Sibir, Antarktis og Skandinavia. Disse eldgamle områdene er kjent som kratoner (fig. 1).
Hvor ble det av de gamle bergartene?
Kratoner utgjør bare omtrent 5–10 % av jordoverflaten. Hvorfor så få, når jorden er så gammel? Svaret ligger i planetens indre.
Jorden har tre hovedlag: litosfæren (0–100 km tykk), mantelen (100–3000 km) og kjernen (3000–6370 km). Mantelen beveger seg sakte som et transportbånd under litosfæren (fig. 2). Etter hvert som litosfæren kjøles ned med alderen og blir tung, blir den resirkulert inn i mantelen, mens nye bergarter dannes ved vulkanske spredningsrygger. Denne kontinuerlige resirkuleringen av litosfæren, kjent som platetektonikk, omformer stadig jordoverflaten – og sletter mye av dens tidlige historie.
Så, hvordan har kratoner overlevd i over 3 milliarder år?
Dette mysteriet har forundret forskere i flere tiår og er fortsatt en av de «store utfordringene» innen geovitenskap. Opprinnelig trodde man at kratoner overlever fordi de var lettere enn mantelen, som is som flyter på vann. Men dette var ikke nok. Mantelens konvektive krefter er kraftige og kan knuse lettere materiale nedenfra.
Det viser seg at kratoner ikke bare er oppdriftsdyktige, men også utrolig sterke. Styrken deres måles gjennom viskositet, eller motstand mot strømning. Til sammenligning er honning mer tyktflytende enn vann, og beken i det berømte «bekdråpeeksperimentet» (10⁸–10¹¹ Pa·s) flyter tusen millioner ganger raskere enn mantelen. Selve mantelen har en viskositet på omtrent 10²¹ pascal-sekunder (Pa·s). Kratoner, derimot, er minst 100 ganger mer tyktflytende – rundt 10²³ Pa·s – og også tykkere enn den omkringliggende litosfæren. Denne unike kombinasjonen av viskositet og tykkelse gir kratoner styrken til å motstå ødeleggelse.
Den hemmelige historiefortelleren
Da kratonene først ble dannet i jordens gamle oseaniske verden, var de nedsenket i havet. Over tid steg de gradvis over havnivået og skapte grunne marine miljøer – ideelle forhold for liv å blomstre (fig.). Etter hvert som disse kratonene dukket opp, forvitret vinden dem. Forvitring av kratoniske bergarter kan ha trukket ned atmosfærisk karbondioksid gjennom komplekse kjemiske reaksjoner og dermed økt den relative mengden oksygen. Dette skiftet i atmosfærisk sammensetning kan ha akselerert utviklingen av mer komplekse livsformer. Til slutt drev fjerne kratoner og kolliderte for å danne massive superkontinenter. Bevegelsen av kratoner brakte gjentatte ganger isolerte arter sammen før de separerte dem igjen i jordens endeløse syklus av superkontinentdannelse og oppløsning. Denne tektoniske rytmen formet evolusjonen – akkurat som skiftende arktiske landmasser og isdekker isolerte isbjørnen fra sine brune forfedre, noe som drev deres tilpasning til en frossen verden.
Disse gamle kratoniske bergartene er mer enn relikvier; de er tidsmaskiner som inneholder hemmelighetene til jordens dype fortid.
Jyotirmoy Paul er postdoktor ved Senter for planetær beboelighet (PHAB) ved Universitetet i Oslo. Hans primære forskningsområde er utviklingen av tykke kontinentale kratoner, som har overlevd i milliarder av år.
Prosjektet hans, «BALCONY», mottok finansiering under Horizon Europe-programmet, GA 101106469.
Dette er hans bidrag til formidlingskonkurransen 2025.
Les mer om konkurransen og se flere bidrag her
Referanser
Lee CT, Yeung LY, McKenzie NR, Yokoyama Y, Ozaki K, Lenardic A. Two-step rise of atmospheric oxygen linked to the growth of continents. Nature Geoscience. 2016 Jun;9(6):417-24.
Paul J, Ghosh A, Conrad CP. Traction and strain-rate at the base of the lithosphere: an insight into cratonic survival. Geophysical Journal International. 2019 May;217(2):1024-33.
Pearson DG, Scott JM, Liu J, Schaeffer A, Wang LH, van Hunen J, Szilas K, Chacko T, Kelemen PB. Deep continental roots and cratons. Nature. 2021 Aug 12;596(7871):199-210.
Paul, J, Cratons, why are you still here?. Eos. 2021, https://doi.org/10.1029/2021EO156381. Published on 25 March 2021.
