Forklarer mystiske karbonvariasjoner

Danske forskere har tatt de første skrittene i retning av å forklare hvordan dyr oppsto på jorden. Nøkkelen er et skifte i den kjemiske sammensetningen av havene og atmosfæren som inntraff for 550 millioner år siden. Dette har ikke forskerne tidligere klart å forklare.

Publisert

For 550 millioner år siden skjedde det noe.

Sammensetningen av karbon i atmosfæren endret seg markant. Det er skjedd før, men denne endringen som kalles Shuram-Wonoka-anomalien, er den største i jordens historie. Den ble oppdaget for 20 år siden, men forskerne har ikke kunne forklare den.

Nå har to forskere fra Københavns Universitet og Syddansk Universitet utviklet en datamodell som kan simulere endringen.

Den nye forståelsen er en viktig brikke i å forstå en annen utvikling, som kom like etter: utviklingen av tidlige dyr.

– Med denne nye forklaringsmodellen, som involverer en masse forskjellige observasjoner, støper vi de første blokkene i forståelsen av hvordan dyr oppsto, forteller Christian J. Bjerrum, som er førsteamanuensis ved Institut for Geografi og Geologi ved Køvenhavns Universitet og en av opphavsmennene til modellen.

Grafikken viser karbonisotop-sammensetningen gjennom jordens historie. Den øverste viser antatt oksygeninnhold i atmosfære og hav. Den grønne pilen peker på Shurum-Wonoka-anomalien, som forskerne nå kan forklare. De blå pilene viser tidspunkter for globale istider. Den stiplede, røde linjen er grensen mellom Prekambrium og Kambrium. Fotografiet viser et fossil fra Ediacaran, en type fossiler som oppstår like i slutten av Shuram-Wonoka-anomalien. Utviklingen av disse artene støtter forskernes hypotese. (Foto: Don Canfield. Grafikk: Christian J. Bjerrum)
Grafikken viser karbonisotop-sammensetningen gjennom jordens historie. Den øverste viser antatt oksygeninnhold i atmosfære og hav. Den grønne pilen peker på Shurum-Wonoka-anomalien, som forskerne nå kan forklare. De blå pilene viser tidspunkter for globale istider. Den stiplede, røde linjen er grensen mellom Prekambrium og Kambrium. Fotografiet viser et fossil fra Ediacaran, en type fossiler som oppstår like i slutten av Shuram-Wonoka-anomalien. Utviklingen av disse artene støtter forskernes hypotese. (Foto: Don Canfield. Grafikk: Christian J. Bjerrum)

Ny tankegang kan forklare jordens tidlige utvikling

De siste tyve årene har forskerne observert tegn på anomalier som Shuram-Wonoka, men har ikke kunne finne en forklaring i de forholdene som hersket på jorden den gangen.

Typisk har forskerne sett på globale istider som mulige forklaringer, men Shuram-Wonoka-anomalien kan ikke forklares ut fra en global istid.

Christian J. Bjerrum (Foto: Københavns universitet)
Christian J. Bjerrum (Foto: Københavns universitet)

Derfor prøvde Christian J. Bjerrum og kollegaen hans noe helt annet.

– I geologien tar vi ofte utgangspunkt i nåtiden og bruker den til å forstå fortiden, men resultatene våre viser at man må tenke ganske utradisjonelt for å forstå fortidens karbonkretsløp, forteller han.

Dermed spiller den nye modellen rolle som en viktig inspirasjonskilde for andre forskere.

– Modellen vår viser vi må tenke radikalt annerledes. Så hvis man begynner å tenke på denne måten, kan det gi flere resultater, særlig for å forklare jordens utvikling i perioden der de flercellede organismene oppsto, forklarer Bjerrum.

Tre nøkkelelementer

Mer konkret har de to forskerne sett på tre nøkkelelementer som er avgjørende for at en anomali som Shuram-Wonoka kan oppstå.

Det må være hav som inneholder mye organisk karbon i oppløst form.

Det må være store metanreservoar i leire og sand i dyphavet.

Solstråling på havene gjør at det oppstår karbonmonoksid, som endrer kjemien i atmosfæren.

– I modellen vår betyr de tre nøkkelelementer at metan kunne forbli i atmosfæren i mye lenger tid enn ellers. Og nettopp metan i atmosfæren fører til de store svingningene i karboninnhold i atmosfæren, forteller Bjerrum.

Første virkelige forklaring

Modellen er det første som så å si får «regnskapet til å gå opp», forteller han.

– Det finnes konkurrerende modeller, som bare har fokusert på karbonet i havene som forklaring. Men slike modeller forutsetter tre ganger så mye oksygen i atmosfæren som det vi har i dag, og derfor går de ikke opp, sier Bjerrum.

Forskernes modell er publisert i tidsskriftet PNAS.