Geologiforskning er dominert av hverdagslige gjøremål. Laboratoriearbeid, mikroskopering, knusing av prøver, rapportskriving. Repetisjoner, ja, til tider også til det kjedsommelige. Men av og til dukker det opp resultater av uvanlig karakter.

Forskeren skriver da en kort fagartikkel om oppdagelsene. Kanskje vekker den også litt oppsikt. Her presenterer jeg et knippe geologiartikler utgitt i 2009, som i alle fall har vekket min interesse, og som belyser forskjellige aspekter ved jordens store omveltninger.

Perm og Trias

Den verste masseutryddelsen noensinne skjedde for 252 millioner år siden, på grensen mellom periodene Perm og Trias (P-T). Omtrent 95 prosent av livet i havet og 35 prosent av landlivet døde ut.

Man vet lite om årsakene. Hvor fort katastrofen utfoldet seg, og hvorfor både dyr på land og i havet ble påvirket, vet ingen med sikkerhet.

Men hypotesene florerer. Var det klimaendringer, en global miljøkrise, begge deler, eller en ødeleggelse av ozonlaget? Og hvis klimaendringer fant sted, var det på grunn av utslipp av drivhusgasser? Dagsaktuelt tema altså, med mange spennende resultater i 2009.

Både de store og små masseutryddelsene i jordens historie har til felles at de skjedde på samme tid som dannelsen av vulkanprovinser: Enorme områder (>1 mill km2) dekket av lava.

En annen fellesnevner er global oppvarming.

De mest kjente krisene oppstod for 252, 200, 183, og 55 millioner år siden, og altså samtidig med vulkanprovinser og klimaendringer. Vi vet at vulkanutbruddene slapp ut CO2 og SO2. Men enda viktigere er at sedimenter som ble oppvarmet når lavaen steg opp mot overflaten ga fra seg metan og en rekke andre gasser.

Men kan klimaendringer skape masseutryddelser?

Ozonlaget

En av de nye artiklene om masseutryddelser var jeg selv med på. Den kom ut i januar 2009 og belyser forholdet mellom klimaendringer og giftgasser som årsak til utryddelser [1].

Vi fant ut at store mengder halokarboner og metan ble sluppet ut fra en vulkanprovins i Sibir for 252 millioner år siden (Siberian Traps). Dette skjedde ved at den oppadstigende magma varmet opp omkringliggende sedimenter så mye at de ga fra seg både svovel-, karbon-, og klor-gasser.

Halokarboner, som for eksempel metylklorid (CH3Cl), kan ødelegge ozonlaget og gi for høye stråledoser av UV-B hvis innholdet i atmosfæren blir for høyt.

Utslippene førte til global oppvarming, men vi tror en miljøkatastrofe lå bak masseutryddelsen – og altså ikke klimaendringen i seg selv.

Vi kan se for oss enorme eksplosjoner i Sibir, sur nedbør, og et dyre- og planteliv som lider under en ekstrem ultrafiolett stråling.

Sopp

En håndfull artikler om P-T masseutryddelsen ble utgitt utover våren og sommeren 2009, om både geokjemiske og paleontologiske funn.

Særlig interessant ble det i oktober da en gruppe britiske, amerikanske, og nederlandske forskere ga ut et arbeid som støttet ideen om at masseutryddelsen førte til en global forråtnelse av planter og dyr [3].

De fant store mengder med sopprester, som peker mot en rask opphopning av dødt organisk materiale. Tidligere ble sopprestene tolket som algerester av andre forskere, som i så fall ville betydd at masseutryddelsen ikke foregikk så raskt som hevdet.

Saltbasseng

Studier av fortidens kriser har tatt av de siste tiårene. Det nye nå er at forskningsfeltet er blitt mer tverrfaglig. Vulkanologer, atmosfærekjemikere, biologer, og geofysikere jobber sammen, men siden det ikke er noen konsensus om årsakene til krisene, fører sammensetningen av fagfolk til nye og spennende hypoteser.

En av de nye hypotesene som ble foreslått i 2009 var at P-T krisen var forårsaket av halokarboner (og dermed igjen en ødeleggelse av ozonlaget) som ble dannet i overflaten på det enormt store saltbassenget (Zechstein) som lå i Nord-Europa på samme tid [4].

Men vi hevder at halokarbonene kom fra jordskorpa i Sibir. Interessant, ja, men hvordan kan man vite om det faktisk skjedde? Vel, dette er et problem som geologene aldri kan vri seg helt unna.

Her er utfordringen:

Man kan studere 1) geologiske prosesser som man vet resulterte i for eksempel gassutslipp, eller 2) det som kalles proxydata (for eksempel karbon-geokjemiske data fra sedimenter) for å forsøke å resonnere seg tilbake til hva som har skjedd og hvilken prosess som skapte det gitte signalet.

Problemet er at det er mange prosesser som kan gi samme resultat. Dette bidrar igjen til et mangfold av hypoteser, men de færreste når ut til publikum.

Hurtig lava

Masseutryddelsen for 65 millioner år siden, den som gjorde dinosaurene til superstjerner, har i alle fall en hypotese som alle kjenner til: Meteorittnedslaget på Yucatan-halvøya.

Men ikke alle er enige. En gruppe franske forskere har lenge forsøkt å overbevise om at en vulkanprovins i India (Deccan Traps) var årsaken til krisen – ikke meteoritten.

Debattene er interessante og opphetede, men få forskere er overbevist til nå. Likevel er gruppens arbeid i India viktig.

I juni 2009 ga de ut en artikkel som viste at lavaen i India må ha strømmet ut i et utrolig tempo, slik at utslipp av gasser fra lavastrømmene kan ha hatt en mye større påvirkning på atmosfæren enn tidligere antatt [2].

En 3,5 kilometer sandwich av lavastrømmer kan ha blitt dannet som en følge av så få som 30 utbrudd. Tidligere trodde man at utbruddene varte i en million år. Men diskusjonene vil utvilsomt fortsette de neste årene.

Brente hydrokarboner

Masseutryddelsene på P-T grensen og for 65 millioner år siden er blant de største vi kjenner.

Noe som få vet er at en like stor utryddelse skjedde på grensen mellom Trias og Jura (for 200 millioner år siden). En artikkel utgitt av nederlenderen Bos van de Schootbrugge og medarbeidere i juli 2009 knyttet utryddelsen til vulkanprovinsen som i dag ligger spredd omkring i Brasil, USA, og Vest-Afrika (Central Atlantic Magmatic Province) [5].

Schootbrugge studerte pollen og sporer fra sedimenter i Tyskland og Sverige, og fant unormalt høye konsentrasjoner av såkalte polysykliske aromatiske hydrokarboner. Gruppen foreslo at lavautbruddene brakte med seg petroleum fra underliggende sedimenter, og at brente hydrokarboner bidro til utryddelsen via en miljøkatastrofe.

Det er bevis for en global oppvarming på samme tid, men kanskje var det gigantiske skyer med sotpartikler og organiske forbindelser som lå bak utryddelsen. Tidligere har global oppvarming og sur nedbør vært forklaringen de fleste har benyttet seg av.

Oppvarming

I tillegg til å bedre forståelsen av miljøkriser og masseutryddelser, kan geologien til jordens kriser gi svaret på hvorfor klimaet har endret seg gjennom tidene. Var det drivhusgasser eller endringer i planetbaner som var årsaken?

For å skape store masseutryddelser må biosfæren trolig påvirkes av noe mer enn klimaendringer. Sett under ett danner fortidens kriser likevel et nødvendig rammeverk for å forstå klimaendringer i dag og i fremtiden.

Et av de beste eksemplene på en klimaendring forårsaket av drivhusgasser er den såkalte Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) for 55 millioner år siden.

Dette var en global oppvarming på opp til 10 ºC (og en liten masseutryddelse), og det er en utbredt enighet om at oppvarmingen skyldtes utslipp av karbongasser fra jordskorpen.

Nytt av 2009 er en studie av Zeebe m.fl., som konkluderte med at andre gasser enn CO2 må trekkes inn for å forklare proxydata [6].

Metan er den beste kandidaten, og det er tidligere foreslått at metan fra oppvarmede sedimenter i Norskehavet ble sluppet ut i store mengder. Dette er et viktig bidrag i debatten om rollen til CO2 vs CH4 i fortidens klimaendringer.

I 2004 ga jeg og kollegaer ut en artikkel som viste at et stort antall kratre ligger begravd under havbunnen utenfor Nordland [8]. De vitner om store eksplosjoner, forårsaket av metan frigjort fra oppvarmede sedimenter under en stor vulkanprovins (North Atlantic Volcanic Province). Før vi lanserte hypotesen var smelting av gasshydrater den vanligste forklaringen på klimaendringen.

Flere varmeperioder

Hele Eocen (dvs epoken for 55-34 millioner år siden) var en varmeperiode. PETM var en kort ekstremperiode på toppen av det hele, men en varighet på ca 170 000 år. En ny artikkel utgitt i oktober 2009 viste at det finnes flere varmeperioder i Eocen som ligner på PETM [8].

En av dem fant sted for 53,5 millioner år siden, kalles ETM2, og var trolig også forårsaket av drivhusgasser. Oppvarmen førte til at palmer vokste i Arktis. Å finne sporene etter klimatiske hendelser som denne er vanskelig i seg selv, og krever detaljert prøvetaking og mange analyser.

På Lomonosovryggen i Arktis er for eksempel ETM2 representert med et halvmeter tykt uunnselig leirelag, men geokjemien til karbon er helt annerledes sammenlignet med over og under dette laget. ETM2 vitner om at det globale karbonkretsløpet var ute av balanse. Men hva som egentlig skjedde vites ikke.

Hvor mange hendelser av denne typen kan vel ikke ligge skjult i den geologiske lagrekken?

Her ligger noe av utfordringen med å forstå fortidens klima og masseutryddelser. Svært detaljerte studier på spesifikke lokaliteter er nødvendig, men samtidig trenger man forklaringsmodeller som fungerer på global skala. Forståelsen av årsakene til jordens kriser er fortsatt dårlig, men jeg tror 2010 blir et godt år.

Litteratur:

1: Svensen m.fl. (2009) Earth and Planetary Science Letters 277, s. 490-500.
2: Chenet m.fl. (2009) Journal of Geophysical Research 114, B06103.
3: Sephton m.fl. (2009) Geology 37, s. 875-878.
4: Weissflog m.fl. Doklady Earth Sciences 425, s. 291-295.
5: van de Schootbrugge m.fl. (2009) Nature Geoscience 13 juli..
6: Zeebe m.fl. (2009) Nature Geoscience 13 juli.
7: Svensen m.fl. (2004) Nature 429, s. 542-545.
8: Sluijs m.fl. (2009) Nature Geoscience 25. oktober.