Den föränderliga jorden

Jordens och livets historia har vävts samman under miljarder år av utveckling. Inom forskningstemat "Den föränderliga jorden" undersöker museets forskare utvecklingen av jordskorpan, haven och atmosfären, men också hur förändrade geologiska förhållanden har styrt livets utveckling på vår planet och hur jordens utveckling i sin tur påverkats av biologiska faktorer.

Mineral

Dessa kunskaper bidrar med värdefulla insikter kring hur förutsättningar för liv på jorden förändrats över tiden.

Temat "Den föränderliga jorden" berör följande områden:

  • Material
  • Processer och samband
  • Jorden och livet i samspel
  • Jorden i rymd och tid

Jorden förändras över tiden

Tid – den fjärde dimensionen – är ett centralt begrepp inom geologisk forskning. För att förstå den geologiska utvecklingen är det viktigt att kunna tidsbestämma händelser och processer i jordens historia. Vid Naturhistoriska riksmuseet finns moderna laboratorier för sådana mätningar.

Den äldsta väl bevarade jordskorpan är omkring 3,8 miljarder år gammal, och vi arbetar med att klarlägga dess natur och exakta ålder. Genom åldersbestämningar av jordskorpans bergarter kan vi förstå hur kontinenterna har byggts upp över tiden, när kontinentalplattornas rörelser kom igång, när vatten i flytande form började ansamlas och när förhållandena på jorden möjliggjorde liv.

En stor del av vår geologiska forskning är koncentrerad på berggrundens utveckling i vårt närområde och hur denna utveckling passar in i det globala pusslet av forntida superkontinenter. I vår del av världen – den Fennoskandiska skölden – bildades den kristallina berggrunden, det så kallade urberget, för mellan 1 och 3 miljarder år sedan. Den har därefter delvis omvandlats och överlagrats av yngre sedimentära bergarter.

Några grundämnen av speciellt intresse

Vissa grundämnen är av speciellt intresse inom geologisk och mineralogisk forskning. Ett sådant ämne är bor, som förekommer som spårelement i många geologiska miljöer. Förekomsten av bor kan drastiskt sänka kristallisationstemperaturer i magmor och förändra lavors tröghet. Med hjälp av nyutvecklade mikroanalytiska metoder studerar vi hur bor byggs in i vanliga mineral och får därmed en bättre bild av det storskaliga borkretsloppet.

Tillgången på syre har varierat kraftigt under jordens utveckling. Det har lett till att flera viktiga grundämnen, som järn och mangan, förekommer i olika laddningstillstånd i berggrunden. Laddningen påverkar också utbytesreaktioner mellan mineral. Sådana reaktioner kan användas för att bestämma vid vilket tryck och temperatur olika bergarter har bildats och omvandlats. För att förbättra kunskapen om de olika laddningstillstånden utvecklas nya analystekniker.

Mineral avslöjar geologiska processer

Vi arbetar också med att beskriva helt nya mineral samt studerar hur skilda mineral beter sig i olika geologiska processer. Spinellerna är en mineralgrupp som är en viktig indikator för bergartsbildande processer. För att öka kunskapen om stabilitet och temperaturberoende ordningsprocesser hos spinell studeras mineralen med kristallografiska och spektroskopiska metoder. För att vi ska kunna styra spinellernas sammansättning framställs proverna syntetiskt under kontrollerade förhållanden.

Förekomsten av vatten har en avgörande betydelse både för geologiska processer och för livets utveckling. Förutom det vatten som idag finns i hydrosfären, binds stora mängder vatten i mineralens strukturer i form av vattenmolekyler (H2O) och hydroxidjoner (OH-). Detta vatten förekommer i många av jordskorpans mineral, men också i låga halter i mineral djupt nere i jordens mantel. På grund av mantelns stora volym binds där en vattenmängd som troligen är större än den vi finner i jordens oceaner. Med mineralkemiska metoder studerar vi hur vatten binds i mineralen, samt vilken effekt detta kan ha på mantelns dynamiska processer.

Levande varelser producerar också mineral, bland annat genom djurskelett. Praktiskt taget alla sedimentära kalkstenar på Jorden har bildats av organismer. Vi undersöker biomineraliseringens historia, både för dess betydelse som sedimentbildare och för att se hur mineralbildningen påverkas av den kemiska miljön.

Biologisk evolution och kemiska processer på jordytan

En viktig fråga för den geologiska forskningen är hur den biologiska evolutionen har påverkat och påverkas av den föränderliga kemiska miljön på jordytan. Vi är intresserade av syrets centrala roll och samverkan med liv och livsmiljöer. Fritt syre i atmosfär och hav bildas genom fotosyntetiserande organismer. Denna process är nödvändigt för att eukaryota (organismer med cellkärnor och mitokondrier), flercelliga organismer ska existera. Med hjälp av stabila isotoper undersöker vi hur jordens atmosfär och biosfär har utvecklats under tidernas gång.

Historien om livets mångfald

Livets nutida mångfald har en lång förhistoria. Denna kan vi följa i detalj genom den sedimentära lagerföljden, särskilt under de senaste 550 miljoner åren efter djurvärldens uppblomstring vid den "kambriska explosionen". Mångfalden har skiftat under denna tid, ibland beroende på biologiska faktorer, ibland beroende av den geologiska miljön.

Mycket tyder på att det finns ett starkt samband mellan omfattande platåvulkanism och historiens stora utdöenden av olika livsformer. De två största utdöendena i livets historia, de vid slutet av permtiden respektive krittiden, skedde samtidigt med några av de mest omfattande lavautbrotten vi känner till. Vi undersöker nu om även andra utdöenden kan vara kopplade till sådan destruktiv vulkanism. I så fall kan vulkanism visa sig vara ännu mer avgörande än meteoritnedslag som yttre bromsar – och stimulatorer – av livets utveckling på Jorden.