Hitta hit:
T-bana: Universitetet
Frescativägen 40

Ordinarie öppettider:
Tisdag-söndag 10-18


  • Huvudmeny

Världen växer fram

Vår sol och vårt planetsystem, inklusive jorden, bildades ur en roterande skiva av gas och stoft i utkanten av galaxen Vintergatan för cirka 4550 miljoner år sedan.

Åldern har man kommit fram till genom datering med hjälp av olika radioaktiva isotopsystem (mätning av proportionen radioaktiv moderisotop / stabil dotterisotop; se vidare längre fram i avsnittet om åldersbestämning) av meteoriter som anses vara bildade samtidigt med resten av solsystemet och därefter inte har genomgått några förändringar. Flera olika dateringsmetoder ger mycket likartade åldrar på mellan 4,5 och 4,6 miljarder år.

Järnmeteorit med karakäristiskt mönster av korsande lameller, vilket framträder vid polering och etsning. Foto: Dan Holtstam.

Järnmeteorit med karakäristiskt mönster av korsande lameller, vilket framträder vid polering och etsning. Foto: Dan Holtstam.

Meteoriter är överblivna rester från solsystemets barndom, vars sammansättning kan ge oss viktig information om jordens och solsystemets bildning och tidiga sammansättning. De indelas i två huvudtyper, järnmeteoriter och stenmeteoriter.

Järnmeteoriterna består som namnet antyder främst av metalliskt järn, och antas likna jordens kärna.

Stenmeteoriterna domineras av olika silikatmineral, och indelas i flera olika undergrupper. En viktig grupp, kallad kondriter, har en sammansättning som antas likna jordens ursprungliga mantel.

Mikroskopbild av kondrit-meteorit

Mikroskopbild av kondritisk stenmeteorit som föll i Hallingeberg i Småland 1944. Foto: Erik Jonsson.

Under den första tiden bombarderades jorden av mängder av meteoriter, och jordklotet var troligen mer eller mindre nedsmält pga den intensiva hettan från alla dessa nedslag i kombination med radioaktivt alstrad värme. Den tunga kärnan, byggd av massivt järn och nickel, kunde då skiljas ut från det lättare silikatmaterialet som bildade jordens mantel och skorpa.

Den äldsta jordskorpan vet vi mycket lite om, eftersom förhållandena var så instabila i början och så gott som alla spår utplånats av senare geologisk aktivitet. Troligen påminde jordens tidiga yta om månens, ärrad av meteoritnedslag. (Månen är geologiskt "död", dess inre har svalnat så att de tidiga vulkaniska processerna har avstannat och den saknar atmosfär och vatten och därmed erosion, och därför har den till skillnad från jorden bevarat sitt utseende oförändrat). En sista kraftig våg av meteoritbombardemang anses ha ägt rum för 3,8 miljarder år sedan.

Denna den allra första tiden i jordens historia kallas ibland Hadeikum (Hadean på engelska) efter det grekiska dödsriket Hades. Bilden av en infernaliskt het och ogästvänlig tidig jord har dock ifrågasatts av forskare på senare år. Upptäckten av upp till 4,4 miljarder år gamla kristaller av mineralet zirkon (ett mineral som finns i små mängder i kontinentala granitiska bergarter och som används för uran-bly-datering, se senare avsnitt om åldersbestämning) omlagrade i yngre sandstenar i Australien tyder på att en tidig fast jordskorpa kan ha bildats redan något hundratal miljoner år efter jordklotets bildande. Mätningar av syreisotop-sammansättningen i dessa zirkoner tyder dessutom på att jordklotet svalnat så pass att flytande vatten fanns på eller nära dess yta för 4,2 miljarder år sedan.

Tidsaxel över jordens utveckling

Tidsaxel över jordens utveckling - klicka för större bild!

Den äldsta jordskorpan

Tiden från jordens bildande fram till för 2500 miljoner år sedan kallas annars Arkeikum. Under denna tid var värmeutvecklingen i jordens inre på grund av radioaktiva sönderfall kraftigare än idag, eftersom halten radioaktiva ämnen var större. Jordskorpan bör därför ha varit tunnare och mindre stabil, och det är osäkert om plattektoniken i sin nuvarande form fungerade då.

De äldsta bergarter som hittills påträffats på jorden är knappt 4000 miljoner år gamla gnejser och graniter från norra Kanada och västra Grönland. På Grönland finns även bergarter som anses ha sedimentärt ursprung med en ålder på 3800 miljoner år, vilket skulle betyda att jordskorpan svalnat så pass att vatten kondenserats till sjöar och hav.

Den arkeiska skorpa som finns bevarad i kontinenternas kärnområden utgörs till stor del av s.k. grönstensbälten, bestående av basiska vulkaniter och sediment-bergarter, omgivna av gnejser som ursprungligen varit magmatiska intrusiv-bergarter. Enligt vissa teorier är grönstensbältena en arkeisk motsvarighet till vår tids oceaniska jordskorpa medan gnejserna motsvarar kontinental jordskorpa.

Livets uppkomst

Den tidiga atmosfären bestod troligen mest av kvävgas, koldioxid och vattenånga, samt mindre mängder metan och ammoniak, gaser som härstammar från jordens inre men läckt ut i samband med den första tidens kraftiga vulkanism. Först långt senare, för kanske 2000 miljoner år sedan, ledde den biologiska aktiviteten (fotosyntes) från encelliga alger i haven till att syrgashalten steg i atmosfären, något som på sikt möjliggjorde liv även på land.

Rester av encelliga organismer har dock påträffats i arkeiska sedimentbergarter i södra Afrika, så gamla som 3500 miljoner år, vilket visar att livet uppstod redan tidigt i jordens utveckling. Vissa forskare tror sig till och med ha hittat spår av tidigt liv i de 3800 miljoner år gamla  grönländska bergarterna, men dessa spår är osäkra och omdiskuterade. Hur uppstod då liver?  Skedde det genom kemiska reaktioner i den tidiga atmosfären, i grunda solbelysta pölar vid havets strand, bildades det första livet runt vulkaniska varmvattenkällor på havets botten, eller i sprickor djupt ner i berggrunden, eller kom livets byggstenar rentav till oss med meteoriter från världsrymden? Om detta vet vi ännu mycket litet. Vi känner till hur kemiska reaktioner kan bygga upp komplicerade organiska molekyler, men hur dessa tog steget över till att bilda celler som kunde ta upp näring och reproducera sig själva, till att bli levande organismer, hör ännu till vetenskapens gåtor.

Kontinenternas tillväxt

Kontinenterna växer till längs sina kanter genom den vulkanism och magmatism som sker ovanför aktiva subduktionszoner, och som adderar uppsmält mantelmaterial till den kontinentala jordskorpan. Detta sker i nutid exempelvis runt Stilla Havet, och en enkel modell vore därför att kontinenterna växt till kontinuerligt och med jämn hastighet från början av Arkeikum till nu, och kommer att fortsätta göra så (kurva A i figuren nedan). Eftersom värmeutvecklingen i jordens inre var större tidigare är det dock rimligare att tänka sig att kontinenttillväxten skett med avtagande hastighet (kurva B i figuren nedan). Dessutom eroderas ju ständigt kontinenterna, en del av det eroderade materialet blir till sediment i djuphaven och försvinner sedan ner i subduktionszoner, för att där kanske smälta upp och tränga upp som ny magma i den ovanliggande kontinenten. En allt större andel av det material som adderas till kontinenterna genom sådan vulkanism behöver därför inte komma från manteln, utan kan vara återcirkulerat material från jordskorpan, vilket också bidrar till den avtagande tillväxthastigheten i kurva B. Enligt en extrem modell skulle all egentlig nybildning av kontinental jordskorpa skett redan under Arkeikum, medan det som skett därefter bara varit återcirkulation av samma material (kurva C i figuren nedan).

Olika modeller för kontinentskorpans tillväxt

Olika teoretiska kurvor för kontinentskorpans tillväxt, från jordklotets bildande för 4500 miljoner år sedan till nutid. Andelen kontinental jordskorpa uttryckt i procent av kontinentskorpans nuvarande yta. Se huvudtexten för förklaring av de olika kurvorna.

Stapeldiagram över kontinentskorpans ålder

Stapeldiagram över kontinentskorpans ålder i 200-miljoner-års-intervall (baserat på neodym-isotopmätningar) visar tydliga toppar vid 3700 miljoner år, 2700 miljoner år, 1900 miljoner år och 1100 miljoner år (från McCulloch & Bennett 1994).

Kurva D i figuren, med en mer episodisk kontinenttillväxt, svarar mot stapeldiagrammet ovan, som visar ett antal toppar i kontinent-skorpans tillväxt, vid 3700, 2700, 1900, 1100 och 500 miljoner år. Ett antal snarlika diagram har konstruerats under årens lopp, baserade på olika typer av åldersdata, vilka alla visar ett snarlikt mönster. Till att börja med trodde man att de kunde avspegla mer lokala åldersförhållanden i Nordamerika och Nordeuropa, varifrån huvudparten av dateringarna kom ifrån i början, men mönstret har hållit i sig när databasen expanderat och tycks ha global signifikans.

Dessa åldrar motsvarar åldrarna för globala perioder med intensiv nybildning av kontinental jordskorpa och bergskedjebildning, s.k. orogeneser, vilka även avspeglas i berggrunden i vår del av världen. För 2700 miljoner år sedan bildades en stor del av berggrunden i ryska Karelen och nordöstra Finland, för 1900 miljoner år berggrunden i sydvästra Finland och mellersta och norra Sverige, för 900-1100 miljoner år sedan ägde en bergskedjebildning rum i sydvästra Sverige och södra Norge liksom i östra Kanada, och för 400-500 miljoner år sedan skedde den Kaledonska orogenesen då bl.a. berggrunden i vår fjällkedja bildades. Orogeneserna orsakades av att olika kontinenter kolliderade med varandra, och varje sådan orogen period tycks sedan ha följts utav en lång, lugn period på flera hundra miljoner år, då de flesta kontinenter var förenade i en superkontinent och den geologiska aktiviteten inskränkte sig till denna superkontinents kanter. Uppvällning av varmt mantelmaterial under superkontinenten fick till sist denna att spricka upp och de olika bitarna att driva isär, för att sedan kollidera på nytt i en annan konfiguration under nästa globala orogena episod, då en ny superkontinent bildades.

Ser vi på jorden idag tycks dessa processer föregå parallellt: uppsprickning i Östafrika och längs Röda Havet, kollision och bergskedjebildning i Himalaya och i Medelhavs-området. Det är därför svårt att förstå den bakomliggande orsaken till detta starkt episodiska mönster för jordskorpans utveckling, med periodvis ansamling av alla kontinenter i ett område. Spekulationerna rör sig kring förändringar i konvektions-mönstret och antalet konvektionceller i jordens inre med några hundra miljoner års mellanrum, kopplat till jordklotets långsamma avsvalning. En förändring av konvektions-mönstret skulle kunna leda till sönderbrytning av en existerande superkontinent och därmed inleda en period av reorganisering av jordskorpans plattor, intensiv nybildning av jordskorpa, bergskedjebildning och bildning av en ny superkontinent.

Enligt de nyaste tolkningarna avspeglar detta mönster egentligen hur mycket av den nybildade kontinentskorpan som bevarats vid olika tillfällen, snarare än olika hastigheter i bildandet av ny kontinentskorpa. Enligt denna tankegång skulle produktionen av ny kontinentskorpa egentligen ske med relativt jämn - eller långsamt avtagande - hastighet, till största delen i vulkaniska öbågar ovanför subduktionzoner ute i oceanerna eller vid kontinenternas kanter. En stor del av det nybildade materialet eroderas emellertid bort snart igen, och blir till djuphavssediment som försvinner ner i manteln igen i någon subduktionzon. Dessa perioder motsvarar "dalarna" i stapeldiagrammet. Bara i samband med kontinent-kollisioner och bildande av en superkontinent bevaras en stor del av den nybildade kontinentskorpan i kontinentens inre, vilket motsvarar ålderstopparna i diagrammet.

Superkontinenter och bergskedjebildning

Vid början av Proterozoikum, för 2500 miljoner år sedan, tycks det ha existerat större sammanhängande områden av stabil kontinental jordskorpa, som tjänade som kärnor vid den fortsatta kontinent-tillväxten. Mycket talar också för att plattektoniska processer, liknande dagens, nu var aktiva. Kontinentskorpan bröts upp, fragmenten drev isär, kolliderade på nytt, bergskedjor bildades och eroderades ner. Ett exempel är den Svecofenniska bergskedje-bildningen för 1900-1750 miljoner år sedan i Skandinavien (Fennoskandia).

Samtidigt med denna bergskedjebildning ägde likartade processer rum på andra kontinenter. Ett mönster av arkeiska kontinentkärnor, omgivna av proterozoiska berggrundsbälten, kan följas från Fennoskandia via Grönland till Nordamerika, vilket antyder att dessa områden kan ha hängt samman i proterozoisk tid. Möjligen fanns en superkontinent, en tidig motsvarighet till Pangaea, där alla kontinenter var samlade, för 1800 till 1200 miljoner år sedan, vilken i litteraturen kallats ömsom Nuna, ömsom Columbia. Vi kan ana ett mönster där superkontinenter samlats och brutits sönder upprepade gånger, och där Nordamerika och Fennoskandia skiljts åt och förts samman flera gånger, fast i lite olika lägen. Samtidigt är vissa bergarter karaktäristiska just för denna tid, exempelvis s.k. rapakivi-graniter som finns bl.a. i Finland och som troligen bildats genom magmatism mitt inne i en stor kontinent.

För mellan 1200 och 1300 miljoner år sedan skedde en upp-sprickning, och Fennoskandia roterades i förhållande till Nord-amerika. En ny kollision för ca 1000 miljoner år sedan ledde till den Sveconorvegiska bergskedjeveckningen i Fennoskandia, vilken har sin motsvarighet i östra Kanada, kallad Grenville-veckningen. Troligen var flera kontineter inblandade i denna kollision. Resultatet blev en ny superkontinent, kallad Rodinia, vilken i sin tur bröts sönder för ca 750 till 600 miljoner år sedan.

Animering som visar utvecklingen från Columbia till Rodinia från 1250 till 950 miljoner år (endast Nordamerika, Sibirien, Baltica (Nordosteuropa), Amazonia och Västafrika).

Ett nedisat jordklot?

På flera håll i den Skandinaviska fjällkedjan finns spår av en eller flera istider i form av förstenad morän (bergarten tillit) med en ålder på ca 650 miljoner år. De bästa tillit-lokalerna finns på Varanger-halvön i nordligaste Norge, och denna nedisning brukar därför benämnas Varanger-istiden. Spår av likåldrig nedisning har påträffats på flera andra håll i världen, och på senare år har några forskare lanserat en teori, kallad Snowball Earth (snöbolls-jorden), enligt vilken jorden vid denna tid drabbats av en så kraftig avkylning att alla kontinenter täckts av tjocka inlandsisar och alla oceaner av tjock havsis i flera omgångar. Jorden skall alltså ha förvandlats till en snöboll, och endast i djuphaven skall livet ha kunnat fortgå. Orsaken skall ha varit en kombination av hur kontinenternas lägen vid denna tid (samlade i en superkontinent nära ekvatorn) påverkat havsströmmarnas cirkulation, och förändringar i atmosfärens sammansättning med låg koldixidhalt och därmed liten växthuseffekt. När väl istäckena började sprida sig ledde detta till ökad reflektion av solljus och värme ut i rymden, och därmed ytterligare avkylning i en ond cirkel som slutade med total nedisning. Med tiden ledde dock ansamling av koldioxidgas från vulkanutbrott i atmosfären till en ökad växthuseffekt, och jorden tinade upp på nytt. Denna teori är dock omdiskuterad och långt ifrån bevisad. Vad som är klart är dock att jordklotet vid flera tillfällen undr den geologiska utvecklingen drabbats av mer eller mindre omfattande nedisningar. Fenomenet istider är alltså inte begränsat till den nuvarande Kvartär-perioden, de senaste 2 miljoner åren.

Bergskedjebildning under Paleozoikum

Pangaeas bildning och sönderfall

Rekonstruktion av plattornas rörelser och kontinenternas lägen under de senaste dryga 500 miljoner åren (Fanerozoikum). Fennoskandia inringat med rött. De paleogeografiska kartorna är från C.R. Scotese (c) 2006, PALEOMAP project. Klicka på figuren för förstorad bild.

Från 600 miljoner år och framåt kan vi följa den plattektoniska utvecklingen med betydligt större säkerhet. I början av av denna tid sprack den sen-prekambriska superkontinenten (Rodinia) upp. I stället förenades de södra kontinenterna (Antarktis, Sydamerika, Afrika, Indien och Australien) i en "halv superkontinent", kallad Gondwana, för omkring 550 miljoner år sedan. Samtidigt täcktes vidsträckta kontinentområden av grunda hav där sandstenar, lerskiffrar och kalkstenar avsattes och täckte över det prekambriska urberget. I dessa grundhavsmiljöer skedde med början i Kambrium en snabb utveckling av flercelliga skalbärande organismer, kallad den kambriska explosionen. Exakt vad som utlöste denna snabba evolution är omdiskuterat, men den tycks vara kopplad till en ökning av syrehalten i atmosfären till nivåer liknande nutidens.

Längs kontinenternas randområden inträffade flera episoder av bergskedje-veckning när kontinenterna på nytt kolliderade med varandra. Den Kaledonska bergskedjeveckningen är uppkallad efter Caledonia, det romerska namnet på Skottland. Den påverkade områden på ömse sidor av Nordatlanten: Skandinavien, Brittiska öarna, östra Grönland samt Appalacherna i östra Kanada och USA. Processen inleddes för 600 miljoner år sedan när den gamla kontinenten sprack upp, och en föregångare till den nuvarande Atlanten, kallad Iapetus-havet, bildades. När detta hav slöts igen för 400 miljoner år sedan kolliderade Grönland och Nordamerika med Skandinavien, så att de skotska bergen, bergen på östra Grönland och den skandinaviska fjällkedjan bildades genom stora överskjutningsrörelser. Lite senare, för 300 miljoner år sedan, kolliderade Afrika med Nordamerika och Europa, vilket ledde till förnyad veckning i Appalacherna och till bergskedjebildning i Mellaneuropa (den Variskiska eller Hercyniska bergskedjeveckningen). Vid ungefär samma tid bildades Uralbergen i en kollision mellan Europa och Sibirien.

Pangaea spricker upp

För omkring 300 miljoner år sedan hade sydkontinenten Gondwana förenats med de nordliga kontinenterna (Nordamerika, Europa och Sibirien) i en ny super-kontinent, Pangea (grek. 'allt land'). Pangea var formad som en nord-sydlig halvmåne som var öppen mot öster. I denna havsbukt befann sig olika delar av nuvarande södra och östra Asien som mindre landmassor vilka ännu inte hade förenats med varandra och med Pangea.

Under Mesozoikum (från 250 miljoner år) började Pangea spricka upp på nytt i en nordlig del, Laurasia, och en sydlig, Gondwana, skilda åt av ett hav kallat Tethyshavet. Laurasia omfattade Nordamerika och Eurasien, Gondwana omfattade Sydamerika, Afrika, Indien, Australien och Antarktis.

För ca 200-150 miljoner år sedan började dessa delar brytas upp ytterligare, så att vår tids oceaner och kontinenter bildades. Atlanten började öppnas söderifrån så att Afrika och Sydamerika skiljdes åt. För ca 50 miljoner år sedan började Nordatlanten bildas, och Nordamerika och Europa (Eurasien) skiljdes åt. Indien skiljdes från Östafrika och Australien från Antarktis och började röra sig norrut. Med tiden kollide-rade lossbrutna delar av sydkontinenten, såsom Italien och Indien, med nordkonti-nenten, så att Tethyshavet slöts och Alperna och Himalaya bildades. Indiens kollision med övriga Asien inleddes för ca 50 miljoner år sedan. Medelhavet är en rest av Tethyshavet, medan de höga bergskedjor som sträcker sig genom Sydeuropa (Pyreneerna, Alperna, Balkan) och vidare via Turkiet, Kaukasus och Iran fram till Himalaya och in i Centralasien (Pamir, Tien Shan, Altai etc.) alla har sin orsak i Tethyshavets stängning genom olika kollisioner längs Eurasien sydkant.

De höga nutida bergskedjorna som sträcker sig från Medelhavs-området genom södra och centrala Asien liksom bergskedjorna runt Stilla Havet genom östra Asien och västra Nord- och Sydamerika är alla knutna till nu pågående plattektoniska processer, något som avspeglar sig i förekomsten av jordbävningar och vulkanism i dessa områden. De plattektoniska processerna har långtifrån avstannat: Atlanten fortsätter att vidga sig, Afrika håller på att spricka längs den Östafrikanska riftdalen, Medelhavet håller på att försvinna allteftersom Afrika närmar sig Europa, Australien är på väg norrut och kommer i framtiden kanske att kollidera med Sydostasien.Vår tids kartbild är bara en ögonblicksbild av ett ständigt föränderligt pussel av plattor, oceaner och kontinenter.

Diagram: Åke Johansson

De plattektoniska kartorna hämtade från Project PALEOMAPlänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster.