Ved første øyekast kan det kanskje se ut som om forskningen til Sanjoy Som og kollegaene hans bare handler om noen skarve hull etter gamle regndråper. Men i virkeligheten prøver forskerne å undersøke et av historiens store mysterier:

Hvorfor ser det ut til å ha vært flytende vann på planeten allerede for to til fire milliarder år siden, da kloden egentlig burde vært bunnfrossen?

Og det poetiske i historien er at nettopp dette flytende vannet – eller de fossile regndråpehullene det lagde – kan gi forskerne noen viktige svar på spørsmålene rundt det såkalte svak-ung-sol-paradokset.

Svakere sol

Skal vi dømme etter alt vi i dag vet om utviklinga til sollignende stjerner, skinte sola vår svakere før. For rundt to milliarder år siden mottok planeten vår antagelig mindre enn 85 prosent av solenergien den får i dag.

Det burde ikke være nok til å holde overflata over frysepunktet.

- Siden sola var så mye svakere den gangen burde jorda vært fryst, hvis atmosfæren var den samme som den er i dag, sier Som i en pressemelding fra University of Washington.

Likevel hinter ei rekke spor om at flytende vann fantes i store mengder. Geologene har funnet rester etter elveleier, bølgemønstrede sedimenter fra havbunn og algelignende mikrofossiler.

Mye tyder på at det fantes hav på jorda allerede for godt over fire milliarder år siden. Så hvordan henger dette sammen?

Tettere atmosfære?

I dag er det ingen som vet svaret. Men forskerne har ulike hypoteser om hva som kan ha skjedd. En forklaring kan være at jordas atmosfære holdt bedre på varmen den gangen.

Kanskje var luftlaget rundt kloden tettere så trykket ble større? Det kan i så fall ha ført til at klimagasser i atmosfæren ble i stand til å absorbere mer varme.

Eller hadde lufta muligens bare mer av svært effektive klimagasser som visse typer metan, etan eller karbonylsulfid, uten å være tettere enn i dag?

Med slike mulige forklaringer ville det være nyttig å vite hvor tett atmosfæren på kloden faktisk var for flere milliarder år siden. Og det er altså her de 2,7 milliarder år gamle fossile regndråpene fra Sør-Afrika kommer inn, kommenterer geologene William s. Cassata og Paul R. Renne i Nature.

Tettere atmosfære – lavere dråpehastighet

Regndråper som slår ned i myke underlag, etterlater små hull. Og størrelsen på disse gropene er avhengig av hvor fort dråpene faller, hvor store de er og hvor mykt underlag de lander i.

Tidligere forskning har vist at regndråper på jorda ikke blir særlig større enn seks millimeter i diameter. Dette gjelder også dråpene som en gang lagde avtrykkene i aske. Men farten disse dråpene får mens de faller, er avhengig av atmosfæren.

En tett atmosfæren bremser dråpene mer, og gir dem en topphastighet som er lavere enn de ville hatt i tynnere luft. Dermed vil de også ha mindre energi til å banke ut krater når de treffer.

Dersom det fossile regnet generelt lagde mindre groper enn dagens nedbør, kan det altså være et tegn på at atmosfæren den gangen virkelig var tettere. Men størrelsen på hullene er så klart også avhengig av konsistensen på bakken.

Derfor har forskerne testet moderne varianter av samme type vulkansk aske, for å kartlegge hvor store hull dråper av forskjellig størrelse lager i dag.

Omtrent som nå

Alt i alt er konklusjonen som følger:

Etter regndråpene å dømme var tettheten på atmosfæren for 2,7 milliarder år siden mest sannsynlig et sted mellom 50 og 105 prosent av det den er i dag. Det er lite trolig at lufttrykket var mer enn det dobbelte av dagens.

Med så liten forskjell fra nåtidas tettheten er det usannsynlig at trykket den gangen var stort nok til å gjøre moderate klimagasser som CO2 mer virksomme.

Dermed kan det altså se ut til at det var en opphopning av mer effektive klimagasser som varmet kloden og holdt vannet flytende i ei tid da sola skinte svakere enn i dag, konkluderer forskerne i denne ukas utgave av Nature.

Ønsker mer regndråpeforskning

Men usikkerheten rundt disse slutningene er betydelig. Det er generelt vanskelig å si noe sikkert om hva som foregikk på kloden for milliarder av år siden, advarer Cassata og Renne.

Selv om det ikke er så sannsynlig, kan man tenke seg at regndråpene den gangen var større enn i dag. Det er heller ikke så lett å avgjøre akkurat hvordan den vulkanske asken oppførte seg da regnet falt.

Det kan også hende at klimagassene ikke var den eneste viktige faktoren for temperaturen på jorda. Kanskje hadde kloden mindre reflekterende is og snø, slik at planeten absorberte en større del av varmen fra sola?

De to kommentatorene håper imidlertid at denne forskningen skal inspirere andre vitenskapsfolk til å undersøke flere avtrykk av eldgamle regndråper. Det vil sette Som og kollegaenes resultater i perspektiv.

Dessuten kan mer slik forskning på sikt skaffe oss en slags oversikt over hvor tett atmosfæren vår har vært gjennom tidene.

Og det kan igjen gi oss en bedre forståelse av dynamikken i alle klimaendringene som har skjedd på kloden opp igjennom milliardene av år mot vår egen tid.

Referanser:

S. M. Som, D. C. Catling, J. P. Harnmeijer, P. M. Polivka & R. Buick, Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints, Nature, 29. mars 2012.

William s. Cassata & Paul R. Renne, Fossil raindrops and ancient air, Nature, 29. mars 2012.