Týndu steingervingaloftsteinarnir sem bera leyndarmál fortíðar jarðar

HANN ER meira og minna yfir því núna, en Birger Schmitz hafði einu sinni einkennilegan vana. Hann myndi heimsækja lestarstöð eða flugvöll – hvaða opinbera bygging sem er með stóru steingólfi myndi gera það – og stokkaði um á höndum og hné, augun límd við jörðina. „Ég hef átt í vandræðum með öryggisverði,“ viðurkennir hann. „Ef þú byrjar að skríða um í dimmum hornum flugvallar þá verður fólk tortryggt.

Schmitz er enginn hryðjuverkamaður. Hann er einn fremsti veiðimaður heims á steingervingum loftsteina, fornum utanjarðarsteinum. Það vill svo til að kalksteinsgólfflísar eru frábær staður til að leita að þeim. Aðrir kjósa afskekktar ástralskar eyðimerkur eða suðurskautsís. En hvort sem leitarsvæðið þitt er hversdagslegt eða framandi, þá er það ómetanlega erfitt verkefni.

Aðeins um tveir loftsteinar á stærð við ólífu falla árlega á svæði á stærð við Wales. Líkurnar þínar á að finna einn eru ekki góðar þó þú vitir hvað þú átt að leita að. Ímyndaðu þér nú að leita að loftsteini sem féll fyrir milljónum ára áður en hann var grafinn í föstu bergi eins og bein risaeðlu. Það er svo erfitt að það er næstum hlæjandi.

En það er ekki ómögulegt. Svo mikið hefur komið í ljós á undanförnum árum, þar sem steingervingaloftsteinaveiðimenn hafa grafið þá upp, fyrst í grófum dráttum, síðan í miklu magni. Það kemur í ljós að þeir hafa einstaka sögu að segja: loftsteinar samtímans segja okkur frá því hvernig sólkerfið óx í núverandi mynd. Steingervingar loftsteinar geyma hins vegar upplýsingar um aðstæður á jörðinni í djúpri sögu hennar sem við getum ekki fengið öðruvísi.

Aðgreina a Loftsteinn úr jarðbergi er ekki auðvelt. Ferskir fossar hafa oft einkennandi skorpu, yfirborð þeirra gljáandi þegar þeir fara í gegnum andrúmsloftið. Sumar eru sannarlega fallegar. En margir, við skulum horfast í augu við það, líta bara út eins og steinar. Besta leiðin til að bera kennsl á loftstein með afgerandi hætti er að kafa ofan í efnafræði hans. Mikið magn frumefna sem eru sjaldgæf á jörðinni, eins og nikkel eða iridium, eru öruggasta merki um uppruna utan jarðar.

Forn áhrif

Áhugi Schmitz á loftsteinum tók við sér sem ungur vísindamaður þegar hann starfaði í Bandaríkjunum með Luis og Walter Alvarez. Feðgarnir gerðu tilgátuna um að mikið smástirni hafði brotlent inn á jörðina fyrir 66 milljónum ára og eytt risaeðlunum og næstum öllu öðru lífi. Þeir fundu aldrei nein brot af loftsteininum, bara lag af iridium dreift um steina á þessum aldri um allan heim, væntanlega afganga frá því þegar loftsteinninn gufaði upp við höggið. En það sem raunverulega vakti athygli Schmitz var sú hugmynd að atburðir í geimnum gætu haft áhrif á gang sögu jarðar. Alvarez tvíeykið hafði bent á einn áhrifastað. Voru aðrir?

Til að komast að því vildi Schmitz … finna einhvern almennilega steingervinga loftsteina. Þegar hann sneri aftur heim til Svíþjóðar í byrjun tíunda áratugarins þekktu vísindin varla neitt. Svo las Schmitz, sem nú starfar við háskólann í Lundi, blaðaskýrslu um áhugamann jarðfræðings að nafni Mario Tassinari, sem hafði fundið nokkra steingervinga loftsteina í námu á suðurströnd Vänernvatns í Svíþjóð. Hann og Tassinari samþykktu fljótlega að vinna saman að rannsókn á námunni. Það var ekki erfitt – námuverkamennirnir skáru út steinhellur markvisst til að breyta þeim í gólfflísar. Schmitz og Tassinari báðu einfaldlega liðið um að hringja í sig í hvert sinn sem þeir rekist á hellu með ófullkomleika. Um það bil fjórum sinnum á ári næstu árin fundu verkamennirnir svartan blett í berginu sem reyndist vera forn loftsteinn.

Svo virðist sem kalksteinninn í þessari tilteknu námu hafi verið búinn til á þann hátt sem hentaði einstaklega vel til að varðveita forna loftsteina. Það myndaðist mjög hægt og gaf loftsteinum tíma til að safnast fyrir og læsast í burtu. Schmitz rannsakaði aðrar námur, en hann hefur ekki fundið neinar aðrar eins og þessa. Að lokum fékk hann þá hugmynd að fara í veiði á staði þar sem flísar úr þessari námu höfðu verið notaðar til að búa til gólf. Þetta var það sem varð til þess að hann skreið um á hnjánum í opinberum byggingum um alla Evrópu. En í langan tíma komu allar fundur hans úr nýnámu bergi.

Í byrjun 2000, Schmitz átti meira en 40 steingervinga loftsteina. Hann fór að halda að þetta væri mikið. Þegar hann gerði upphæðirnar virtist sem það hlyti að hafa verið umtalsvert meira innstreymi loftsteina sem lenti á jörðinni þegar þetta berg myndaðist en það er í dag, sem þótti undarlegt. En með úrtaksstærð upp á aðeins nokkra tugi loftsteina var erfitt að vera viss. Hann þurfti meira – og hann hafði áætlun um að fá þá.

Tillaga Schmitz byggði á þeirri staðreynd að þótt stórir loftsteinar séu ótrúlega sjaldgæfir þá verða þeir æ algengari eftir því sem þeir eru smærri. Þegar þú kemst niður í örsmáar agnir af geimryki, þá er mikill fjöldi þeirra. Við áætlum að nú á dögum sé jörðin stráð með um 100 tonnum af míkróloftsteinum – geimvera rykagnir minna en 1 millimetra breiðar – á hverju ári.

Það var mikil áskorun að finna þessa bletti í fornum kalksteini. Hugmynd Schmitz var að leita að mjög harðgerðu steinefni sem finnst í loftsteinum sem kallast krómít. Hann hélt því fram að hann gæti notað sterkar sýrur til að leysa upp klumpa af kalksteini úr námunni og að nánast óslítandi krómítar yrðu eftir. Árið 2003 hafði hann notað þessa aðferð til að uppskera rúmlega 500 geimvera krómítkorn úr grjótnámu sem hafði myndast á tímabili sem kallast Ordovicium og hófst fyrir um 485 til 490 milljónum ára. Hann skoðaði fjölda umtalsverðra loftsteina og krómítkorna í þessu bergi og komst að því að á einum litlum hluta skaust tíðni beggja gríðarlega upp. Það var sterk sönnun þess að í um það bil 1 eða 2 milljón ár var jörðin háð regni af geimbergi sem var 100 sinnum ákafari en venjulega.

Epískur árekstur

Hvað var í gangi? Besta skýring Schmitz er sú að þessi hækkun hafi verið af völdum atviks sem kallast L-kondrít foreldrisbrot. Þetta var gríðarlegur árekstur á milli steina í smástirnabeltinu handan Mars þar sem líklega var um að ræða eitt risastórt smástirni, sem talið er að sé uppspretta margra loftsteinanna sem lenda á jörðinni til þessa dags. Það hlýtur að hafa verið sannarlega epískt og hleypti miklum flóðum af ryki og bergi út í innra sólkerfið.

Á sama tíma var jörðin að upplifa tímamót til að keppa við útrýmingu risaeðlanna: Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE). Fyrir rúmum 500 milljónum ára virtist framvinda þróunarinnar stama áður en hún sprakk aftur á hámarkshraða og myndaði ofgnótt af nýjum tegundum. Tilgáta Schmitz var sú að brot á þessu mikla smástirni hefði aukið fjölda loftsteina á jörðu, sem gæti hafa valdið staðbundinni útrýmingu. Þar sem vistvænar sessar voru lausar, helltist lífið yfir aftur til að fylla þær. Þetta var villt hugmynd, en ef hann gæti sannað það væri þetta annað dæmi um atburði í geimnum sem hafa áhrif á sögu jarðar.

Á meðan voru aðrar dreifðar fregnir af steingervingum örloftsteina farin að birtast í vísindaritum. Þetta voru oft bara nokkrar tilviljunarkenndar, ekkert í líkingu við magnið sem Schmitz var að fást við. En hvíslið þessara uppgötvana barst til Andy Tomkins við Monash háskólann í Melbourne, Ástralíu, og það vakti keppnisskap hans. „Mig langaði að finna þá elstu,“ segir hann. Hann er staðsettur í stuttu flugi frá Pilbara, heimili elstu þekktu steina jarðar, hinum megin við Ástralíu. Það var svo sannarlega þess virði að prófa.

„Þessir loftsteinar tákna hluta af lofthjúpnum sem við hefðum annars enga leið til að horfa á – það er glatað með tímanum“

Árið 2014 flugu Tomkins og samstarfskona hans Lara Bowlt, þá einnig við Monash háskóla, til Port Hedland á strönd Vestur-Ástralíu, leigðu fjórhjóladrifinn farartæki og óku suður í eyðimörkina. Að lokum rann vegurinn út og þeir keyrðu eftir þurru árfarvegi, gengu síðan síðustu kílómetrana að Tumbiana-mynduninni, bergsvæði sem myndaðist fyrir um 2,7 milljörðum ára. „Þetta er fallegt, hrikalegt land,“ segir Tomkins.

Þessir steinar eru þekktir fyrir óspilltur stromatólít, myndanir sem myndast þegar lög af fornum bakteríum óx. Þeir eru elstu sönnunargögnin sem við höfum fyrir lifandi örverum. „Allir örloftsteinar hefðu verið að rigna yfir fornt, grunnt sjó, þar sem stromatólítarnir fá öll þessi auka næringarefni úr geimnum bætt við sig,“ segir Tomkins. Það var engin trygging fyrir því að þeir myndu finna eitthvað. En Tomkins og Bowlt grófu upp um 10 kíló af kalksteinsblokkum og létu senda þá aftur til Melbourne.

Þar skera þeir steinana í teninga, leystu þá upp í sýru og sigtuðu í gegnum óleysanlegar leifar með seglum og sigtum. Þeir enduðu með 60 járnmíkróloftsteina. Að þetta væru geimverur var augljóst af nærveru steinefna sem byggir á járnoxíði sem kallast wüstite, sem getur aðeins myndast við það mikla hitastig sem myndast þegar þessir steinar brenna í gegnum lofthjúpinn.

Þetta voru lang elstu loftsteinarnir sem fundist hafa – og Tomkins áttaði sig á því að þeir voru merkilegir fyrir meira en bara aldur þeirra. Sjáðu fyrir þér stjörnuhrap sem streymir yfir himininn. Það blikkar heitt og bjart í fyrstu þegar það rekast inn í lofthjúp jarðar á hámarkshraða, en hægir síðan hratt á. Tomkins áttaði sig á því að járnoxíðið í þessum loftsteinum hlyti að hafa myndast á þessum stutta upphitunartíma og því fanga það súrefnisatóm þá og þar. „Þetta var í fyrsta skipti sem einhverjum datt í hug leið til að sýna efri andrúmsloftið aftur í tímann,“ segir Tomkins.

Vísindaleg samstaða hefur lengi verið sú að lofthjúpur jarðar í rauninni ekkert súrefni þar til fyrir 2,4 milljörðum ára. En steingervingar Tomkins og Bowlts virtust sýna að þetta væri ekki satt. Til að gera grein fyrir myndun járnoxíðsins reiknuðu hann og teymi hans út að efri lofthjúpurinn hlyti að hafa verið um 25 prósent súrefni. Það gæti hafa verið þokulag sem kom í veg fyrir að efri og neðri hlutar lofthjúpsins blandast saman, sem þýðir að snemma súrefni hefði ekki endilega verið tiltækt fyrir líf á jörðu niðri. Samt, það var óvænt uppgötvun.

Rebecca Payne við Pennsylvania State University samþykkti að Tomkins og Bowlt hafi fundið ósvikna steingervinga loftsteina, en hún velti því fyrir sér hvort það væri í raun súrefni sem hefði verið ábyrgt fyrir myndun járnoxíðsins. Gæti súrefnið ekki komið frá öðrum aðilum, eins og koltvísýringi? Payne og samstarfsmenn hennar notuðu tölvulíkön og tilraunir til að rannsaka, og sýndu að ef efri lofthjúpurinn innihélt um 25 prósent CO ₂ gæti það hafa oxað bráðna járnið á þann hátt sem Tomkins hélt að súrefni hefði.

Tomkins viðurkennir nú að Payne hafi líklega rétt fyrir sér. En það dregur ekki úr því sem hann er spenntur fyrir, sem er að nota steingervinga loftsteina sem leið til að rannsaka fortíðina. Payne er á sömu blaðsíðu. „Þessir loftsteinar tákna hluta af lofthjúpnum sem við hefðum annars enga leið til að horfa á – það er glatað með tímanum,“ segir hún. „Það er nú spurning um að finna meira.

Það var einmitt það sem Martin Suttle vildi gera. Árið 2014 var Suttle í doktorsnámi og ákvað að prófa steingervingaloftsteinaveiðar í frítíma sínum. Dag einn fann hann nokkra kalksteinsklumpa í vegarkanti nálægt heimili foreldra sinna í Surrey í Bretlandi. Bergið reyndist vera 87 milljón ára gamalt. Ef það væru loftsteinar inni hefðu þeir fallið á krítartímanum, síðustu dögum risaeðlanna.

Suttle meðhöndlaði bergið á svipaðan hátt og Tomkins og sótti örloftsteina . Samt voru þessi litlu korn mjög ólík þeim sem Schmitz eða Tomkins fundu. Þau innihéldu hvers konar steinefni sem byggjast á járni sem þú gætir búist við í loftsteini, en þar sem merki nikkel hefði átt að vera var mangan í staðinn.

Einingaskipti

Þetta var skrítið – nema þegar hann hugsaði um það, áttaði Suttle sig á því að það væri skynsamlegt. Ferlið við steingerving breytir oft samsetningu efna. Taktu risaeðlubein, sem oft eru alls ekki bein heldur steinefni sem eru sett í holrúm þar sem beinið var áður. Suttle áttaði sig á því að steingerving hefði getað skipt nikkelinu í loftsteinunum út fyrir mangan.

Þetta var leikbreyting. Sá sem horfir í gegnum forn setlög og komst yfir agnir eins og þær sem Suttle fann hefði ekki haldið að þær væru geimverur vegna skorts á nikkeli. „Við höfum líklega ekki þekkt steingervinga örloftsteina sem gætu hafa fundist af öðru fólki í fortíðinni vegna þess að þetta steingervingarferli breytir efnafræði þeirra,“ segir Suttle. „Við spáum því að þeir séu töluvert algengari en menn vita. Suttle leiðir nú mun víðtækari rannsókn á steingervingum úr hafsetum í söfnum Náttúrufræðisafnsins í London og ætlar að nota þá til að hjálpa til við að endurbyggja fortíðarloftslag jarðar.

Fyrir sitt leyti hefur Schmitz ekki verið aðgerðalaus. Eftir rannsókn sína árið 2003, byggði hann aðstöðu til að leysa upp kalkstein í iðnaði og lét teymi sitt vinna sig í gegnum meira en 1500 kíló af efninu og safnaði að lokum 900 krómítkornum. Hópur hans skoðaði einnig 3000 míkróloftsteina sem finnast í fornu seti Suðurskautslandsins. Með því að nota báðar vísbendingar gæti hann bent á mikla aukningu á rykflæði í geimnum til ákveðins tímabils í Ordovicium.

Schmitz telur nú að áhrifin af þessu aukna flæði hafi farið út fyrir GOBE. Hann segir að aukið magn ryks sem berast í andrúmsloftið gæti hafa hrundið af stað, eða að minnsta kosti aukið, ísöldina sem vitað er að hafi átt sér stað á þessum tíma. „Ég held að þeir hafi staðið sig mjög vel við að sanna að það hafi verið gríðarlegt innstreymi af geimveruefni um það leyti,“ segir geimefnafræðingurinn Jemma Davidson við Arizona State University. „Þetta hefði vissulega getað aukið ástandið ef það væri þegar einhver kólnun í gangi, í bráðabirgðaáhrifum.

Þú gætir verið að velta fyrir þér hvort leit Schmitz að steingervingum loftsteina í gólfflísum hafi nokkurn tíma borgað sig. Svarið er já: í öllum árum hans í leitinni fann hann einmitt einn. Hann mun ekki gefa upp hvar það er, af ótta við að fá of marga gesti. Það eina sem hann mun segja er að það sé á lítilli járnbrautarstöð í Suður-Svíþjóð, falið undir stiga. „Fólkið sem setti það hugsaði augljóslega: „Þessi flísar eru ljótar,“ segir Schmitz. „Fyrir þeim er þetta annars flokks rokk.