Dette er venstre ramme i læreverket "Naturfag for alle". Dersom du har kommet hit fra en søkemotor bør du gå til forsiden slik at du kan gå inn i læreverket på riktig måte. Klikk her for å gå til forsiden. Legg merke til kapittelnummeret hvis du vil tilbake hit.

5E Jordens og livets historie

Dette kapittelet skal handle om fortiden. Om en fjern fortid som det ikke finnes skriftlige nedtegnelser fra. Hvordan kan det da ha seg at vi likevel vet svært mye om både jordens og livets utvikling helt fra milliarder av år tilbake?

1 Veien mot forståelse

De greske filosofene i antikken tenkte lite på slike spørsmål. Middelalderen i Europa var dominert av Aristoteles' statiske verdensbilde sammen med Kirkens krav om at enhver observasjon skulle tolkes på en måte som stemte med Bibelens ord. Med renessansen kom de direkte observasjoner og eksperimenter inn i bildet, men fortsatt var det om å gjøre at enhver tolkning skulle stemme med skapelsesberetningen i Det gamle testamente, noe som rammet dette fagfeltet særlig hardt. Jorden skulle ikke være eldre enn knapt 6000 år og fossiler ble avfeid som naturens spill.

Figur 1. Dannelse av fossiler

Etter hvert ble det likevel gjort viktige framskritt:

Utviklingen av fysikk, kjemi og teknologi på 1900-tallet ga forskningen nye muligheter:

2 Radiometrisk aldersbestemmelse

I enkelte bergartsmineraler finnes det naturlig forekommende radioaktive isotoper. "Radioaktiv" betyr at atomkjernen er ustabil fordi det er ubalanse i forholdet mellom protoner og nøytroner. Med tiden vil dette føre til at kjernen kvitter seg med partikler og energi. Dette kaller vi radioaktiv stråling. Resultatet kan bli en stabil kjerne, eller en kjerne som fortsatt er ustabil. I så fall vil også denne henfalle, som vi sier, ofte gjennom flere slike trinn. Men til slutt vil resultatet bli en stabil kjerne, og der stopper prosessen. Da har vi fått en ny isotop, oftest med et annet protontall i kjernen, altså et nytt grunnstoff.

Det er umulig å si når den enkelte atomkjerne vil henfalle. Men når antallet atomer er stort, som det jo alltid er når det gjelder atomer, ser vi at henfallsprosessen går med konstant hastighet, den kan være svært rask (minutter) eller ekstremt langsom (milliarder av år). Hver radioaktive isotop har sin karakteristiske henfallshastighet, kalt halveringstid. Til aldersbestemmelse av bergarter trengs isotoper som forekommer naturlig i bergartsmineraler og som har passe halveringstid i forhold til bergartens alder.

Bergartens alder beregnes ved å måle innholdet av den radioaktive utgangsisotopen i forhold til sluttproduktet. Så blir dette sammenlignet med halveringstiden. Metoden kan bare brukes på bergarter som har vært sterkt oppvarmet (hundrevis av grader). Når bergarten er varm vil forholdet mellom utgangsisotop og sluttprodukt bli nullstilt ved at sluttproduktet som fantes i bergarten før oppvarmingen unnslipper som gass eller væske. Når bergarten blir avkjølt til under den såkalte blokkeringstemperaturen, vil fortsatt henfall av den radioaktive utgangsisotopen føre til at sluttproduktet blir værende i bergartsmineralet. Det er da den "radiometriske klokken" begynner å tikke.

Metoden kan dermed brukes til magmatiske bergarter. I metamorfe bergarter måles tiden som har gått siden metamorfosen opphørte. Sedimentære bergarter kan ikke aldersbestemmes på denne måten. I en sandstein, for eksempel, ville vi fått alderen til bergarten som sandkornene kom fra. Men ofte kan sedimentære bergarters alder avledes slik det er vist i figur 2.

Figur 2. Absolutt aldersbestemmelse av sedimentære bergarter

I figuren ser vi et profil gjennom ...

Her er det bare granitten og basalten som kan aldersbestemmes radiometrisk. Figuren viser hvordan vi ut fra dette likevel kan si mye om alderen til de sedimentære bergartene. Dersom vi samtidig har kartlagt fossilinnholdet nøye, kan vi sammenligne med tilsvarende sedimentære lagpakker andre steder. Der får vi kanskje avgrenset alderen ytterliger ved hjelp av andre eruptive bergarter.

De aldersanslag vi har i dag bygger på 150 års studier av sedimentære lag og deres fossiler over hele verden, sammen med 60 års radiometriske dateringer av eruptive bergarter.

3 Geologisk tid

For å "forstå" det nesten uforståelige som jordens og livets tilblivelse og utvikling er, må man ta inn over seg hvilke tidsrom vi har å gjøre med. I den geologiske tidsskalaen vi har presentert ovenfor står ikke periodenes bredde i forhold til deres varighet, bare tallene gir oss informasjon om tid. Ut fra tallene alene kan det være vanskelig å se for seg hva de representerer. I figur 3 er det derfor lagt vekt på å gi et korrekt inntrykk av periodenes lengde i forhold til all tid siden jorden ble dannet for 4 600 millioner år siden. Kanskje får vi da et noe klarere bilde av de uhyre tidsrom det er snakk om.

Figur 3. Skala for tiden siden jordens dannelse

4 Jordens og livets utvikling

Hadeikum (4,6 - 4,0 milliarder år siden)

Ut fra observasjoner andre steder i universet ser vi for oss at solsystemet ble dannet fra en roterende sky av gass og støv. Tyngdekraften førte etter hvert til at mesteparten av materien ble samlet i rotasjonssenteret, der det førte til dannelsen av solen. Resten av skyen ble separert i et ringsystem som roterte omkring solen, i samme plan og retning. Hver av ringene klumpet seg sammen og ble til planetene, til asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter og til de talløse kometer og småplaneter i Kuiperbeltet i solsystemets ytre sone (se kapittel 6).

Figur 4. Jorden i hadeikum

Jorden ble dannet i den tredje innerste ringen ved at den første større masse som ble dannet etter hvert "støvsugde" resten av ringen for mindre fragmenter. Da massen var liten, var formen uregelmessig. Økt tyngde førte til at formen etter hvert ble rund. Ettersom massen ble større og tyngden økte, steg også trykket og dermed temperaturen (ting som klemmes sammen blir varmere). De stadige kollisjonene (meteornedfall) og radioaktiv nedbryting av ustabile isotoper førte også til temperaturøkning.

Til slutt smeltet hele den nye planeten. Da det indre ble flytende skjedde en omveltning i massene, en sortering etter massetetthet. Det tyngste grunnstoffet, jern, sank innover i jorden og dannet en kjerne.

På dette stadiet var jordens overflate et hav av smeltet stein, magma. Kollisjoner med gjenværende fragmenter i ringen begynte etter hvert å avta og dermed begynte også planetens overflate å kjøles ned. Det dannet seg tynne skorper av størknet stein her og der, omtrent som isflak på sjø. Men de ble enten knust av hyppige meteornedslag eller slukt av omveltninger i magmahavet like fort som de ble dannet.

Grunnlaget for aldersanslaget

De eldste bergarter på jorden er datert til ca. 4 milliarder år. Samtidig har vi funnet meteoritter som er nesten 4,6 milliarder år gamle. Vi tror at disse gamle meteorittene er dannet av samme utgangsstoff som jorden. Men det stoffet som ble en del av jorden og ikke en meteoritt, ble oppvarmet. Dermed ble den "radiometriske klokken" nullstilt. Det tok 600 millioner år før jordoverflaten ble så kald at "den radiometriske klokken" igjen begynte å gå.

Arkeikum (4,0 - 2,5 milliarder år siden)

For cirka 4 milliarder år siden (figur 3) var jordoverflaten størknet til en tynn skorpe, ikke ulik dagens havskorpe. Skorpen var oppdelt i mindre plater som beveget seg i forhold til hverandre trukket av strømninger i det underliggende magma. Platene sprakk opp, skrubbet mot hverandre eller kolliderte front mot front. Omfattende vulkanisme fulgte plategrensene eller hot spots. Mange steder ble skorpen fortykket gjennom disse prosessene. Når fortykkede skorpedeler kolliderte ble de ofte hengende sammen. I løpet av arkeikum førte disse prosessene til at betydelige deler av jordoverflaten ble dekket av kontinentalskorpe.

Vulkanene spydde ikke bare ut lava og vulkansk aske, men også en rekke gasser, deriblant vanndamp. Jorden hadde derfor en tett, varm og fuktig atmosfære. Men så lenge temperaturen var høyere enn vannets kokepunkt, kunne det ikke dannes noe hav. De eldste sedimentære bergarter med korn som tydelig er avrundet i flytende væske har en alder på 3,8 milliarder år. Vi kan derfor anta at det på dette tidspunkt fantes hav og innsjøer, og elver som grov seg vei i et øde landskap fritt for vegetasjon.

Det er kun få og indirekte spor etter liv fra denne perioden. I 3,8 milliarder år gamle bergarter er det påvist organiske karbonforbindelser som antas å stamme fra encellede bakterier. I 3,5 milliarder år gamle bergarter har man funnet uklare avtrykk som antas å stamme fra encellede bakterier festet til hverandre slik at de dannet strenger. Stromatolitter er strukturer som antas å være skapt av encellede bakterier som formet matter på havbunnen. De eldste funn er 3,4 milliarder år gamle.

Proterozoikum (2,5 milliarder år - 542 milllioner år siden)

Ettersom avkjølingen av jorden skred fram, gikk prosessene i jordens indre langsommere. Jordskorpen ble mer solid og dannet større, sammenhengende plater av både kontinentalskorpe og havskorpe. Proterozoikum varte i nesten 2 milliarder år (figur 3), nesten halvparten av jordens totale historie. I løpet av dette enorme tidsrommet ble kontinentalskorpene involvert i mange platekollisjoner. Hver gang førte det til dannelse av fjellkjeder som ble erodert ned til lavland i løpet av noen titalls millioner år. Restene etter slike fjellkjeder ble en del av kontinentet, og på denne måten vokste kontinentene i utstrekning. De deler av våre dagers kontinenter som ble skapt på denne tiden kalles kratoner.

Ettersom mengden av fotosyntetiske organismer økte, ble atmosfæren tilført oksygen. Dette førte til dannelse av ozon i atmosfæren. Ozon absorberer livsfarlige ultrafiolette stråler fra solen og hindrer dem i å nå jordoverflaten. Nå ble det mulig for livsformer å etablere seg høyt i vannmassen og i grunne havområder der det var rikelig med lys til å drive fotosyntese.

I proterozoikum oppstår organismer med en mer komplisert cellekonstruksjon, eukaryoter. De ble etter hvert i stand til å danne flercellede organismer. Mot slutten av proterozoikum fantes det et mangfold av livsformer. Men alle hadde bløte kropper, uten skjelett eller skall. Bløte organismer blir ikke så lett til fossiler. Derfor finnes det forholdsvis få fossilfunn fra denne tiden. Et av de mest kjente er fra Ediacara Hills i Australia hvor over 600 arter er identifisert. Livsformer fra denne tiden kalles derfor Ediacara fauna.

I siste del av proterozoikum gikk jorden inn i en istid. Hvor stor del av jorden som var isdekket, er usikkert. En teori går ut på at hele kloden, også havene, var dekket av is i flere omganger. Istidene ser ut til å falle sammen med en omfattende utdøing av arter.

Fanerozoikum (542 millioner år - nåtid)

Overgangen fra proterozoikum (gresk: "første liv") til fanerozoikum (gresk: "tydelig synlig liv") (figur 3) markeres av at sedimentære bergarter plutselig inneholder masse fossiler av forholdsvis avanserte dyr og planter. For første gang har organismer utviklet harde kroppsdeler, og disse laget fine fossile avtrykk i sedimentene når organismen døde. Livet utviklet seg svært raskt i begynnelsen av fanerozoikum. De fleste eldre livsformer var dødd ut og mange livsmiljøer lå åpne for nye arter. De harde kroppsdelene førte til nye muligheter for kroppsfasong, størrelse og bevegelse. Dette ga stor artsrikdom. Denne plutselige oppblomstringen av nye livsformer kalles "den kambriske eksplosjon".

Fra alle seinere tidsperioder finner vi rikelig med fossiler. Livets utvikling gjennom fanerozoikum kan derfor rekonstrueres i stor detalj.

Figur 5. Plansje over dyrelivets utvikling (0,7 MB)

Fossilene, sammen med geologisk kartlegging av bergartene og absolutt aldersbestemmelse, har også gjort det mulig å finne ut hvilke forandringer jordskorpen har gjennomgått på disse nesten 600 millioner år.

Figur 6. Jorden i fanerozoikum (1,4 MB)

5 Norge gjennom tidene

Fastlandet

Figur 7. Forenklet kart over Norges berggrunn (0,5 MB)

Proterozoikum. Bergartene fra proterozoikum i Norge er en del av den sentraleuropeiske kraton. I Norge består disse bergartene av ulike typer gneisser og andre sterkt metamorfe bergarter. De er rester av nedslitte fjellkjeder fra proterozoikum og har altså befunnet seg dypt inne og nede i de store fjellkjedene fra den tid. De proterozoiske bergartene i Norge er mye eldre enn de yngre og overliggende bergartene. De danner et fundament for de bergartene som kom seinere. Derfor kalles de ofte for grunnfjell.
Neoproterozoikum. De neoproterozoiske bergartene stammer fra istiden i slutten av proterozoikum. Dette er grovkornede sedimentære bergarter avsatt fra elver (sandstein, kalk og konglomerat) og isbreer (konglomerat). Bergartene ligger oppå grunnfjellet.
Kambrium, ordovicium og silur. Dette er finkornede, fossilholdige sedimentære bergarter, samt lavabergarter fra undersjøiske vulkaner, avsatt i havområdet mellom kontinentene Laurentia, Baltika og Avalonia. I silur-devon kolliderte kontinentene, klemte havområdene mellom seg, foldet og stuvet sammen bergartslagene og resultatet ble en svær fjellkjede, den kaledonske fjellkjede. Det som siden er blitt til Norge lå delvis inne i kollisjonssonen. De bergartene vi har fra denne perioden er derfor preget av fjellkjedefoldingen. Bergartene er foldet, veltet og skjøvet over hverandre og i varierende grad omdannet til metamorfe bergarter. De vestligste delene av grunnfjellet (Vestlandet, Nord-Norge) ble trukket med i denne prosessen. Fjellkjedefoldingen førte dessuten til vulkanisme. Magmatiske bergarter fra samme periode, som gabbro og granitt, trengte seg inn i de sedimentære og metamorfe lagene.
Devon. I devon er den kaledonske fjellkjeden på sitt største. Enkelte planteslag har etablert seg på land, men ellers ligger landet stort sett åpent for de nedbrytende kreftene. De bergartene vi har i Norge fra denne tiden ble avsatt i store innsjøer der bratte elver har styrtet seg ned fra fjellene og tatt med seg sand, grus og stein. Avsetningene har siden herdet til tykke lag av sandstein og konglomerat. Jordskorpebevegelser i etterkant har ført til at disse lagene, som opprinnelig var horisontale, nå er skråstilte.
Perm. I Norge finnes bergarter fra denne tiden bare i et skarpt avgrenset område omkring Oslo, det såkalte Oslofeltet. Det har nok vært bergarter fra perm over andre deler av Norges areal, men de ble slitt vekk i ettertid fordi vår del av kontinentet har vært over havnivå helt fram til nyere tid. I Oslofeltet derimot skjedde det en nedsynking langs sprekker i jordskorpen. Dette bevarte en del av bergartene her. Figur 8 viser hvordan dette gikk til.
Figur 8. Geologisk utvikling av Oslofeltet
Andøya

Jura og kritt. I et lite område på Andøya finnes kullholdige, sedimentære bergarter fra overgangen jura-kritt. Det er funnet mange fossiler i disse lagene, blant annet et nesten fullstendig skjelett av en fiskeøgle.

  Kvartær. I løpet av mesozoikum ble landets berggrunn slitt ned, og i cenozoikum var landskapet tilnærmet flatt med brede daler og avrundede høydepartier. I neogen og kvartær hevet den norske landmassen seg opptil et par tusen meter. Hevningen var størst i vest og erosjonen fikk best tak der. I kvartær kom istidene, den ene etter den andre, avløst av korte varmeperioder. Elver og isbreer grov i den gamle landoverflaten og skapte det dal-, fjord- og fjellandskapet vi kjenner i dag. Det spesielle med det norske landskapet er at den gamle landoverflaten fortsatt er bevart mellom dalene og fjordene i form av høyfjellsvidder og flate fjelltopper.

Havområdene

Utenfor kysten er kontinentalsokkelen bygd opp av overveiende sedimentære bergarter fra karbon, perm og mesozoikum. Disse avleiringene ligger på et underlag av samme type som på land. Stedvis har permisk steinsalt trengt opp gjennom de yngre sedimentene og dannet oppsamlingslommer for olje og gass. Avleiringer fra cenozoikum opptrer lenger fra kysten. I enkelte forsenkninger kan de være flere kilometer tykke.

Svalbard

Figur 9. Geologisk kart over Svalbard

Svalbard er et svært interessant geologisk område, med bergarter fra alle hovedperioder av jordens historie. De yngste bergartene, fra cenozoikum (paleogen-neogen), finnes i de sentrale og sørlige deler av Spitsbergen. Disse sedimentære lagene er mot vest og nordøst omgitt av bergarter fra mesozoikum (trias, jura og kritt) og paleozoikum (devon, karbon og perm). De eldste avsetningene fra kambrium og proterozoikum ble sterkt omvandlet under den kaledonske fjellkjedefoldingen. De finnes helt i vest og i nord. I nord er det også store massiver av dypbergarter.

De sedimentære bergartene er ofte rike på plante- og dyrefossiler. Det finnes en rekke kullforekomster som opp i løpet av 1900-tallet ga grunnlag for flere gruvesamfunn.

6 Sammendrag

7 Kontrollspørsmål

Svartabell. Klikk på riktige svar. Grønt betyr riktig, rødt betyr feil. 

Når du er ferdig, skal 14 ruter være grønne. Greier du å unngå de røde?

  1. Til radiometrisk aldersbestemmelse av en bergart trengs en radioaktive isotop som ...
  2. Hva mente James Hutton med slagordet "Nåtiden er nøkkelen til fortiden"?
  3. Giraffer har lang hals fordi ...
  4. Et sedimentært bergartlag blir gjennomskåret av en magmatisk bergart. Hvilken bergart er eldst?
  5. Hvorfor var jorden så varm i hadeikum?
  6. Hva tror vi er årsaken til den kambriske eksplosjon?
  7. De store dinosaurene døde ut for 65 millioner år siden. Hva tror vi årsaken var?
  8. Oslofeltet består av bergarter fra paleozoikum. Størst utbredelse har bergarter fra ...
  9. Hva kommer det av at det norske høyfjellet har så mange vidder (Hardangervidda, Rørosvidda, Finnmarksvidda)?