Jarðfræðingurinn John Wesley Powell horfir upp eftir klapparhlíðunum sem rísa við himin beggja vegna fljótsins. Það er greinilega eitthvað sem ekki stemmir fyllilega í þessum rismiklu klettum.
Árið er 1869 og Powell er í rannsóknarleiðangri um órannsakaðar slóðir í suðvesturhluta Bandaríkjanna.
Ásamt níu öðrum siglir hann um hið lífshættulega Coloradofljót til að rannsaka og kortleggja þetta ókannaða land. Áður en þessari þriggja mánaða ferð lýkur hafa fjórir leiðangursmanna horfið á braut vegna ótta um líf sitt í framhaldinu. En Powell heldur ótrauður áfram. Hann er að gera merkilega uppgötvun.
John Wesley Powell kortlagði órannsakað land við fljótin Green og Colorado í BNA árið 1869.
Fljótið hefur leitt hann inn í hið ógnarstóra gljúfur, sjálft Miklagil eða Grand Canyon og þar má greinilega sjá lagskiptinguna í klöppunum. Jarðlögin urðu til úr sandi, leir og kalki sem allt síðan í frumbernsku plantna hafa lagst hvert ofan á annað og þar með varðveitt leifar af lífverum hnattarins í mörg hundruð milljónir ára.
En þetta skjalasafn jarðlaganna er ekki í heilu lagi. Powell hefur uppgötvað að þarna vantar stóran hluta.
Meira en milljarður ára hefur horfið – þar á meðal þegar fyrstu dýr Jarðar komu fram.
Nú, meira en 150 árum síðar, vita vísindamenn að uppgötvun Powells á sér hliðstæðu á öllum meginlöndum og sá hluti sem vantar nær yfir meira en milljarð ára í sögu hnattarins eða tímabilið frá því fyrir 1,8 milljörðum ára þar til fyrir um 600 milljónum ára – svona nokkurn veginn.
En hvernig hvarf meira en milljarður ára úr jarðsögunni? Vísindamenn hafa rannsakað þennan tímaþjófnað allt síðan á dögum Powells. Það er þó fyrst núna sem þeir telja sig komna á slóð sökudólgsins.
Nær yfir allan hnöttinn
Það var skerpan í athygli Powells sem öllu skipti fyrir uppgötvun hans.
Við venjulegar aðstæður myndast jarðlög þannig að nýtt lag leggst ofan á það sem fyrir er þegar sandur, leir og kalk myndar nýtt setlag. Jarðlögin liggja í upphafi að mestu í sömu stefnu, svipað og í brauðtertu. Í tímans rás getur jarðlögin svo tekið að halla vegna hreyfinga í jarðskorpunni en innbyrðis breytist samfellan yfirleitt ekki.
Í Grand Canyon var mikill halli á elstu klapparlögunum en þau yngstu voru alveg lárétt. Það var heldur ekki svo að hallinn ykist jafnt og þétt, heldur mátti greina nokkuð snögg umskipti. Það var einmitt þetta sem Powell þótti undarlegt.
Hvarf berglaga sést afar skýrt í Grand Canyon. Neðst liggja skásett lög, meira en milljarðs ára gömul en ofan á þeim miklu yngri lárétt lög.
Jöfn hallabreyting milli elstu og yngstu laga hefði átt að sjást í mörg hundruð metra klapparlögum sem myndast hefðu á milljörðum ára. En ummerki um slíkt virtust hreinlega horfin.
Powell nefndi þetta „ósamræmið mikla“. Síðan hafa jarðfræðingar aldursgreint klapparlögin og geta slegið því föstu að sums staðar virðist vanta 175 milljónir ára í jarðsöguna en annars staðar allt upp í 1,6 milljarða ára.
Það sem Powell vissi ekki, var að „ósamræmið mikla“ er að finna um allan hnöttinn. Aðeins á sárafáum stöðum hafa jarðfræðingar fundið leifar af ummerkjum eftir þennan horfna tíma og um leið ummerki eftir einn merkasta viðburð jarðsögunnar, tilkomu fyrstu dýranna.
Leifar afhjúpa stórviðburði
Meira en milljarður ára – tímabilið frá 1,8 til 0,6 milljarða ára – hefur verið rifinn úr sögubók Jarðar. Jarðfræðingar hafa þó fundið nokkrar dreifðar leifar, sem veita innsýn í þau ár sem vantað hefur.
1.630 milljónir ára: Loftsteinn skellur á Ástralíu
Hinn 30 km breiði Shoemakergígur í Vestur-Ástralíu er einn örfárra loftsteinagíga frá þessu tímabili sem enn er til. Gígurinn sýnir að loftsteinn sem var um metri í þvermál skall þar til jarðar fyrir 1,6 milljarði ára.
1.500 milljónir ára: Sveppir fara sína leið
Allt að 3,8 milljónir núlifandi sveppategunda voru lengi taldar til plantna en rannsóknir sýna að sveppir eru skyldari dýrum. DNA-greiningar sýna að þróun dýra og sveppa skildist að fyrir 1,5 milljarði ára.
1.100 milljónir ára: Kvika bullsýður í BNA
Fyrir um 1,1 milljarði ára lá við að Norður-Ameríka klofnaði í tvennt vegna glóandi hraunkviku sem bræddi jarðskorpuna neðan frá. Leifar kvikuganganna eru enn sýnilegar.
890 milljónir ára: Fyrstu dýr koma fram
Fyrstu dýrin þróuðust án efa á þessu tímabili. Nákvæmlega hvenær er þó ekki alveg víst. DNA-greiningar steingervinga sýna að það var á bilinu fyrir 650-890 milljónum ára og fyrstu dýrin gætu hafa líkst sæsvömpum.
Tímagatið má finna á öllum meginlöndum, líka því evrópska. Þar má greina neðri hlið Powell-ósamræmisins á flötu og uppslitnu grunnbergi í stórum hlutum Svíþjóðar, Finnlands, Noregs og norðvesturhluta Rússlands.
Alls staðar er það líka nokkurn veginn sama tímabil jarðsögunnar sem hefur svarfast burt – tímabil sem hófst fyrir 1,5 til 2 milljörðum ára og lauk fyrir 550 til 600 milljónum ára.
Niðurstaðan er sú að vísindamennirnir vita næsta lítið um hvað gerðist á jörðinni í hátt í fjórðung af tilveruskeiði hennar.
Staðfast efni svarfast burt
Á heimsvísu er það nánast óskiljanlega mikið af berglögum sem hefur svarfast burt og það sem olli þessu gati í jarðsögunni hlýtur þar af leiðandi að hafa tekið gríðarlangan tíma. Vísindamennirnir hafa þess vegna leitað að sökudólgi sem verið hefur til staðar í mörg hundruð milljónir ára.
Hnötturinn tekur sífelldum breytingum vegna landreksins. Ný höf og nýir fjallgarðar eru stöðugt að myndast og einungis tiltölulega fáar jarðmyndanir ná að standa óraskaðar um mjög langan tíma.
Vísindamönnum hefur þó tekist að finna nokkra meginviðburði sem bæði gerðust á réttum tíma og stóðu yfir nægilega lengi til að bryðja svo mikið berg sem þurfti til að mynda þetta gat í jarðsöguna – og um leið stela þekkingarmöguleikum okkar.
Eftir því sem jarðfræðingarnir söfnuðu fleiri og fleiri sönnunargögnum birtust frávikin.
Meðal mögulegra sökudólga er risameginlandið Nuna – einnig nefnt Columbia. Jarðfræðingar hafa enn afar takmarkaða vitneskju um Nuna en þetta tröllvaxna meginland hefur að líkindum orðið til fyrir um 1,8 milljörðum ára og síðan haldist saman í a.m.k. hálfan milljarð ára eða um tvöfalt lengur en nokkurt annað risameginland.
Svo langur líftími sameinaðs meginlands hefur valdið því að allt þurrlendi hnattarins lá opið fyrir veðrun nægilega lengi til að vindar og veðurfar hafi getað slípað það nokkuð jafnt niður. Sé þetta rétt hefur gríðarlegt magn bergs svarfast niður af öllu þurrlendi hnattarins.
Þessi kenning þótti lofa góðu framan af; m.a. passar tímasetning myndunar meginlandsins vel við upphaf þeirrar tímamisfellu sem Powell uppgötvaði við Coloradofljót. En eftir því sem meiri upplýsingum var safnað, birtust líka fleiri frávik.
Kínversk rannsókn frá árinu 2019 leiddi í ljós að niðurbrot bergs í Kína hófst ekki fyrr en eftir að Nuna meginlandið hafði sundrast.
Eyðing jarðýtukrafta
Gallarnir við Nuna-kenninguna urðu til þess að vísindamenn tóku að svipast um eftir öðrum vænlegum sökudólgi. Athygli þeirra hefur m.a. beins að sannkölluðum kraftajötni sem auðveldlega gæti rutt burtu miklu bergi af yfirborði jarðar á mettíma: hnattrænni ísöld.
Ís í formi jökulhettu er svo þykkur og þungur að honum má líkja við seigfljótandi massa sem mylur allt sem á vegi hans verður. Hér á landi má víða sjá ummerki skriðjökla á síðustu ísöld sem lauk fyrir 11-12 þúsund árum og í norðurhluta Skandinavíu skröpuðu skriðjöklar gríðarmikið efni og fluttu suður á bóginn. Þetta efni myndar nú láglendið í Suður-Svíþjóð og Danmörku.
Á hnattrænni ísöld má heita að allt þurrlendi sé hulið jöklum og lagnaðarís hylji öll höf.
Þrír grunaðir tímaþjófar
Jarðfræðingar hafa einkum þrjá meginviðburði grunaða í tengslum við hvarf þessa milljarðs ára úr jarðsögunni: tvö risameginlönd og eina hnattræna ísöld.
Öldrun svarfaði berglögin niður
Grunaður: Risameginlandið Nuna
Tími: Fyrir um 1.500 milljónum ára
Risameginlönd endast yfirleitt aðeins í fáein hundruð ármilljóna. Nuna stóðst þó í a.m.k. 500 milljón ár og það gæti hafa skapað mjög langvarandi veðrun og meðfylgjandi niðurbrot.
Landris gerði jörðina viðkvæma
Grunaður: Risameginlandið Rodinía
Tími: Fyrir um 850 milljónum ára
Áður en ofurmeginlandið Rodinía sundraðist hitnaði það neðan frá. Hitinn olli margra kílómetra landrisi. Í meiri hæð er land viðkvæmara fyrir veðrun og því hafa efstu berglögin svarfast af.
Jöklar skófu meginlöndin
Grunaður: Hnattræn ísöld
Tími: Fyrir um 700 milljónum ára
Skriðjöklar geta rifið upp mikið berg og mulið í sand. Ísöld sem náði um allan hnöttinn fyrir um 700 milljónum ára, stóð í 50 milljónir ára og gæti hafa svarfað ofan af öllu þurrlendi.
Þrír grunaðir tímaþjófar
Jarðfræðingar hafa einkum þrjá meginviðburði grunaða í tengslum við hvarf þessa milljarðs ára úr jarðsögunni: tvö risameginlönd og eina hnattræna ísöld.
Öldrun svarfaði berglögin niður
Grunaður: Risameginlandið Nuna
Tími: Fyrir um 1.500 milljónum ára
Risameginlönd endast yfirleitt aðeins í fáein hundruð ármilljóna. Nuna stóðst þó í a.m.k. 500 milljón ár og það gæti hafa skapað mjög langvarandi veðrun og meðfylgjandi niðurbrot.
Landris gerði jörðina viðkvæma
Grunaður: Risameginlandið Rodinía
Tími: Fyrir um 850 milljónum ára
Áður en ofurmeginlandið Rodinía sundraðist hitnaði það neðan frá. Hitinn olli margra kílómetra landrisi. Í meiri hæð er land viðkvæmara fyrir veðrun og því hafa efstu berglögin svarfast af.
Jöklar skófu meginlöndin
Grunaður: Hnattræn ísöld
Tími: Fyrir um 700 milljónum ára
Skriðjöklar geta rifið upp mikið berg og mulið í sand. Ísöld sem náði um allan hnöttinn fyrir um 700 milljónum ára, stóð í 50 milljónir ára og gæti hafa svarfað ofan af öllu þurrlendi.
Á þessum hnetti hefur ís nokkrum sinnum hulið allt yfirborðið en ein slík allsherjarísöld, nefnd sturtíska ísöldin sem hófst fyrir um 717 milljónum ára, hefur vakið sérstaka athygli í þessu samhengi. Svo mikill varð ísinn að um helmingur alls vatns á jörðinni var á tímabilum í frosnu formi.
Ísinn hefur þó tæpast hulið allan hnöttinn alveg stöðugt. Loftslag hefur sveiflast milli gríðarlegs kulda og heldur vægari tímabila inni á milli. En það var ekki fyrr en fyrir um 660 milljónum ára sem ísinn þiðnaði alveg.
Jöklar hafa þannig haft meira en 55 milljónir ára til að naga ofan af þurrlendinu og þannig gefist nægur tími til að skapa misfellu Powells, „hið mikla ósamræmi“.
Bandaríski jarðfræðingurinn C. Brenhin Keller telur þetta jökultímabil vera sökudólginn. Hann álítur að sturtíska ísöldin hafi að meðaltali skafið 1,6 km þykkt lag af öllu þurrlendi og borið út í sjó. Árið 2018 tók hann sér fyrir hendur að leita leifanna af þessum fornu klöppum ásamt hópi félaga sinna.
Á slóð tímaþjófsins
Í höfunum myndast stöðugt nýr sjávarbotn þegar hraunkvika úr iðrum jarðar kemur upp og storknar. Jafnframt hverfur gamall sjávarbotn niður í möttul jarðar þegar skorpuflekar á hafsbotni þrýstast inn undir aðra jarðskorpufleka á flekamótum sem oftast gerist við brúnir meginlandsflekanna.
Hafi jöklar á hnattrænni ísöld mulið niður berg á þurrlendi og flutt á haf út, er sá mulningur fyrir löngu horfinn niður í möttuldjúpin á flekamótum. C. Brenhin Keller vissi þó að þetta efni er ekki að eilífu glatað.
Í klöpp er iðulega steindin zirkon sem er afar endingargóð. Þegar klöpp dregst niður á flekamótum getur hún bráðnað og komið síðan upp á hafsbotninn að nýju í eldgosum – en zirkonkristallarnir breytast ekki.
Afar endingargóðir zirkonkristallar eru til í margvíslegu bergi. Þeir eru hins vegar yfirleitt alveg agnarsmáir.
Keller og félagar hans rannsökuðu því einmitt zirkon – alls 30.000 kristalla – frá öllum tímum jarðsögunnar. Zirkonin geta vitnað um upphaf sitt vegna tveggja frumefna sem í þeim er að finna: hafníum og súrefni.
Bæði frumefnin eru til í mismunandi afbrigðum sem kallast ísótóp. Hlutfall ísótópanna sýnir hvort zirkon er ættað úr jarðskorpunni eða hefur myndast inni í hnettinum.
Rannsóknir Kellers sýndu að gríðarmikið magn zirkons – að öllum líkindum frá þurrlendi – hafði lent á hafsbotni á tímum sturtísku ísaldarinnar.
Niðurstöðurnar bentu sem sagt til þess að jöklar hafi verið helstu sökudólgarnir varðandi hvarf berglaganna.
Aðrir vísindamenn eru þó ekki jafn sannfærðir og segja jökla fara misharkalega með berggrunninn, sums staðar renna þeir yfir landið án þess að skilja eftir sig mikla áverka en annars staðar rífa þeir upp mikið berg.
Nú virðist ný rannsókn jarðfræðingsins Michaels DeLucia styðja þessa gagnrýni. Rannsóknin sýnir að svörfun yfirborðsins hófst löngu fyrir þessa miklu ísöld.
Kristallar benda á nýjan skúrk
Michael DeLucia og félagar hans beittu nýrri aðferð árið 2018 þegar þeir greindu bergmyndun í Missouri í Bandaríkjunum. Þarna voru aðstæður sláandi líkar þeim sem John Wesley Powell sá í Grand Canyon.
Þarna liggja 500 milljón ára gömul berglög ofan á 1,4 milljarða ára klöpp. Rétt eins og C. Brenhin Keller rannsakaði DeLucia líka zirkon í berginu en í staðinn fyrir hafníum og súrefni, skoðaði hann helíum.
Í zirkonkristöllum sundrast úran og þóríum og mynda helíum. Sé kristallinn á miklu dýpi í jörðu er hitinn mikill og þá sleppur helíum út. Ef berg á yfirborðinu slípast niður koma zirkonkristallarnir nær yfirborði og í minni hita þannig að helíum kemst ekki lengur út.
DeLucia notaði zirkonkristalla í mismunandi jarðlögum til að sýna fram á að skúrkurinn sem hóf ósamræmi Powells tók til starfa fyrir 850 milljónum ára – um 80 milljónum ára fyrir sturtísku ísöldina.
Á því svæði þar sem nú er Missouri í BNA hafa á þeim tíma og síðar horfið 6 km þykk berglög.
Þessi tímasetning kemur heim og saman við enn einn stórviðburðinn í sögu jarðar: sundrun risameginlandsins Rodiníu. DeLucia telur þetta alls enga tilviljun.
Áður en risameginland sundrast hækkar miðbik þess til muna og því hærra sem landið rís þeim mun hraðar veðrast það.
Áður en þetta meginland tók að brotna í sundur hefði því átt að verða umtalsvert niðurbrot á yfirborði þess. En þessi skýring dugar ekki heldur fyllilega.
Allt gengur upp
Í Kanada hafa jarðfræðingurinn Colin Sturrock og tveir félagar hans gert merkilega uppgötvun. Sturrock segir rannsóknir þeirra félaga benda til að orsakir bergeyðingarinnar í Kanada séu svonefndir möttulstrókar.
Þetta eru hitabólur úr möttlinum og geta verið ættaðar af miklu dýpi, jafnvel allt innan frá kjarnanum á um 2.900 km dýpi. Þær geta verið mörg hundruð kílómetrar í þvermál.
Hátt hitastig veldur því að massafyllin er lítil og af því leiðir að þessar hitabólur hegða sér líkt og korktappar sem leita upp á yfirborðið. Möttulstrókarnir þrýsta á jarðskorpuna neðan frá og valda því að landið rís og verður um leið viðkvæmara fyrir veðrun.
Möttulstrókar valda þannig aukinni veðrun – en veðrunin verður staðbundin en nær ekki jafnt yfir allan hnöttinn.
Tröllvaxin kvikubóla var meðsek
Fyrir 650 milljónum ára lyfti glóandi heit kvika þurrlendi Kanada svo hátt að veðrun náði að sverfa a.m.k. þriggja kílómetra lag ofan af.
1. Kjarninn hitar möttulinn
2.900 km undir yfirborði hnattarins hitar glóandi kjarninn út frá sér. Hraunkvikan sem hitnar hefur minni massafylli og stígur því upp á við.
2. Kvikubólan lyftir landinu
kvikubólan þrýstir jarðskorpunni upp og lyftir þannig landinu. Í meiri hæð er landið viðkvæmara fyrir veðrun sem hægt og hægt brýtur efstu berglögin niður.
3. Vindar og veður slíta klöppinni
Smám saman víkkar kvikubólan og kólnar. Hún hættir að lyfta landinu en veðrunin heldur áfram starfi sínu þar til kílómetra þykkt lag er horfið og yfirborðið slétt.
4. Ný lög hylja þau gömlu
Efsta lagið er horfið og efst er nú ævagömul klöpp. Á hana setjast smám saman ný lög og til verða bergmyndanir á borð við þá sem sjá má í Grand Canyon.
Eins og Michael DeLucia notaði Sturrock helíuminnihald zirkonkristalla til að tímasetja niðurbrot berggrunnsins. Greiningin sýndi að í Kanada urðu þessir atburðir fyrir um 650 milljónum ára – sem sagt 200 milljónum ára seinna en þær breytingar sem DeLucia fann í Missouri.
Sturrock segir skýringuna liggja í augum uppi og að með henni megi loks tengja saman allar þær vísbendingar sem mönnum hafa sýnst ganga hver gegn annarri: Það var sem sé ekki bara einn sökudólgur að verki.
Í Kanada voru möttulstrókar að verki, í Missouri sundrun risameginlandsins Rodiníu. Annars staðar gæti sturtíska ísöldin eða hið langlífa risameginland Nuna hafa átt hlut að máli. Það sem virðist hafa verið einn samfelldur viðburður á hnettinum öllum, segir Sturrock allt eins geta verið margvíslega stóratburði sem urðu á mjög mismunandi stöðum og mismunandi tímum.
Þessi kenning útskýrir með glæsibrag hvers vegna tímasetningin er ekki alls staðar sú sama.
Ekki eru þó allir vísindamenn reiðubúnir að sleppa tökunum á þeirri kenningu að einhver einn viðburður sé meginsökudólgurinn.
Þeir eru nú þegar byrjaðir að nota helíumtækni DeLucia ásamt fleiri aðferðum til að rannsaka staði utan Norður-Ameríku og finna nýjar vísbendingar varðandi stærsta tímaþjófnað í sögu jarðarinnar – þjófnaðarmál sem hófst með athugunum Johns Wesley Powell árið 1869.
Fyrstu dýrin eru nú fundin
Dýrin komu fram á sjónarsviðið á þeim milljarði ára sem glatast hefur úr jarðsögunni. Nú hafa vísindamenn loksins uppgötvað allra fyrstu forfeður okkar. Lestu greinina hér.
