Jorda er aldri i ro. Kontinentene er hele tiden i drift, fordelingen mellom land og hav endrer seg, fjellkjeder reiser seg og slites ned. Det er spor av disse hendelsene vi finner i geologien læren om hvordan jorda ble dannet, om bergartene den består av, og endringene den gjennomgår. Helt siden livet oppsto har dyr og planter dødd ut, for så å bli erstattet av andre. Levningene av forhistoriske dyr og planter finner vi i dag som fossiler i de sedimentære bergartene.
De første 4 milliarder årene
Analyser av meteoritter og månebergarter tyder på at jorda og resten av vårt planetsystem ble dannet for ca. 4,6 milliarder (mrd) år siden. De eldste bergartene vi til nå har funnet på jorda har en alder på 3,8 mrd år. Jordas opprinnelige atmosfære besto av metan (CH4), ammoniakk (NH4), vann (H2O) og hydrogen (H2). Etter hvert dannet det seg også karbondioksid (CO2), karbonmonoksid (CO) og fritt nitrogen (N2), mens det tok minst 2 mrd år før det dannet seg fritt oksygen (O2) i atmosfæren. De første tegn på liv er éncellede, kulerunde eller trådformede organismer funnet i de eldste sedimentære bergartene, datert til å være 3,5 mrd år. Disse eldste funnene av mulig liv, oppbevart i bergarter i Australia, er beslektet med de nålevende blågrønne bakteriene (cyanobakterier) som ikke har cellekjerne (de er prokaryoter). To mrd år gamle fossile morener (tillitter), rester fra istider og røde ørkenavsetninger tyder etter hvert på skiftende klimatiske forhold. Røde sedimenter som dannes ved oksidering av jernforbindelser, peker i retning av tilstedeværelse av fritt oksygen for 1,9 mrd år siden. De prekambriske istidene kan tyde på sterkt redusert CO2-innhold i atmosfæren, noe som førte til det motsatte av drivhuseffekt, populært kalt ishuseffekt. Sikre funn av fossile bakterier og algecyster er gjort i 2 mrd år gamle bergarter. Stromatolitter, eller algematter, av samme alder er bl.a. funnet i dolomittbergarter i Porsanger i Finnmark. Éncellede organismer med ekte cellekjerne (eukaryoter) i form av alger er kjent fra Nord-Amerika, i avsetninger som er ca 1,8 mrd år gamle. Protozoer, éncellede dyr med "skall", er funnet i bergarter som er ca. 800 millioner (mill) år gamle. Tilsvarende fossiler, i litt yngre bergarter er også funnet i Sverige og på Svalbard.
Sen-prekambriske tid (figur 1), fra ca 1 mrd år siden til starten på kambrium for ca 570 mill år siden, markerer opptreden av flercellede organismer. Fossiler av de eldste flercellede organismene fra vendiumperioden (ca. 600 mill år gamle) er bl.a. funnet i Australia. Disse tilhører den såkalte Ediacarafaunaen, og omfatter en rekke merkelige dyr. Én av flere teorier går ut på at disse var nært beslektet med dagens maneter og andre nesledyr uten ytre skall eller indre skjelett. Flercellede alger er funnet i 800-900 mill år gamle bergarter i Canada, men andre funn tyder på at de muligens oppsto for 1,1-1,2 mrd år siden. I Norge finner man sedimentære bergarter av samme alder, dannet i det såkalte Sparagmittbassenget. Det omfatter i dag sandsteiner og fossile morener i Hedmark og Oppland.
Sporfossiler (figur 6) er funnet i lag yngre enn den siste prekambriske istiden. Det kan synes merkelig at sporfossiler er sjeldne i prekambriske sedimenter. Men sannsynligvis var det ikke mulig for de tidligste dyrene uten et hårdt, ytre skall å grave seg gjennom sedimentet.
Men hvorfor tok det nesten 3 mrd år fra de første prokaryotene oppsto, til det utviklet seg flercellet liv (metazoer) ?
Kontinentaldrift
Jordskorpa består av en rekke relativt tynne, faste plater som er i konstant bevegelse i forhold til hverandre (figur 2 og 3). Det ytterste laget av hver plate består av havbunnskorpe, kontinentalskorpe eller en kombinasjon, mens den dypere delen består av mantelens øvre faste lag. Platene beveger seg opptil 10 cm pr år, noen få betydelig mer, men de fleste mindre. Mesteparten av jordas vulkan- og jordskjelvaktivitet forekommer i områder der platene kolliderer eller sklir fra hverandre. Kontinentenes drift fører til at jorda stadig endrer utseende (figur 3). Som eksempel kan nevnes at den midt-atlantiske spredningssonen fører til at Europa og Afrika glir vekk fra Nord- og Sør-Amerika med en hastighet på 5-9 cm pr. år. Vi kan idag rekonstruere kontinentenes plassering i tidligere tider ved hjelp av dagens omriss på de enkelte kontinentene (østsiden av Sør-Amerika passer inn i vestsiden av Afrika), paleomagnetiske målinger og geografisk utbredelse av fossile faunaer på tvers av dagens kontinenter (figur 8). Fortidens organismer bevart som fossiler i de enkelte platenes sedimentære bergarter har på denne måten vandret til nye steder. Dette har skapt misforståelser, f. eks. sier vi ofte at klimaet på Svalbard har endret seg fra tropisk til arktisk. For ca 100 mill år siden lå platen som Svalbard tilhører i det tempererte klimabeltet (50-55°N), der det var mulig for bl.a. dinosaurer å leve. Svalbard drev deretter gradvis nordover, og dinosaursporene ligger idag på 78°N. Tilsvarende dette finner vi fossiler i Oslo-området som antyder et tropisk klima. Det betyr ikke at det var tropisk klima her på 60°N. Men at Oslo-området, som tilhører Det baltiske skjoldet (figur 4), lå nær ekvator for 450 mill år siden. Landmassenes plasseringer i prekambrium er relativt ukjent, men tidlig i kambrium lå de fleste kontinentene sør for, eller ved ekvator. Det baltiske skjoldet, med Oslofeltets avsetninger lå den gang faktisk på 30-35° sørlig bredde.
Inndelingen av jordas geologiske historie
Jordas historie er delt inn i en rekke tidsavsnitt av varierende lengde. Figur 1 viser den inndelingen som brukes i dag. For paleontologene er det den relative inndelingen som er viktigst, dvs. rekkefølgen av de sedimentære lagene, og deres innbyrdes forhold, hva som er eldst, - og hva som er yngst. De fleste periodene på figur 1 ble definert for mer enn 100 år siden. Hver periode er karakterisert av fortidsorganismer og sedimenter bevart i form av fossiler og sedimentære bergarter som avviker tildels betydelig fra periodene over og under. Periodene har fått navn etter steder der periodens bergarter og fossiler er spesielt gode. F. eks. er perioden kambrium (Cambria) det gamle navnet på Wales, mens permperioden er oppkalt etter fyrstedømmet Permia ved Uralfjellene i Russland. De absolutte aldrene er basert på radiometriske dateringer av grunnstoffer i opprinnelige mineraler i bergartene, og vil justeres etter hvert som nye analysemetoder tas i bruk.
Den arkeiske eon, er karakterisert av det mest primitive livet, éncellede prokaryoter. Grensen til proterozoikum settes ved ca. 2,5 mrd år. Arkeikum og proterozoikum kalles samlet prekambrium, eller jordas urtid. I slutten av proterozoikum, i den perioden som kalles vendium utviklet det seg flercellete livsformer, men først ved overgangen til kambrium utviklet det seg dyr med ytre skall som lettere kunne bli fossilisert. Kambrium er den første periode i den paleozoiske æra (jordas oldtid), som igjen er den første æra i fanerozoikum. Periodene er også delt inn i mer detaljerte enheter. Fanerozoikum er karakterisert ved at livet antok stadig mer avanserte former, og utviklet seg til det mangfoldet vi ser rundt oss i dag.
Vitenskapen om datering og påvisning av sammenhengen mellom de sedimentære bergartslagene og deres fossilinnhold kalles stratigrafi. Stratigrafi kommer av de greske ordene "stratum" som betyr lag (bergartslag), og "graf" som betyr skrive eller risse. Stratigrafer er forskere som observerer, beskriver og tolker sedimentære- og andre bergartsenheter ut fra episoder og prosesser gjennom jordas historie. Ordet fossil betyr direkte oversatt "oppgravd", og de som studerer fossiler kalles paleontologer.
Eldre paleozoikum - periodene kambrium, ordovicium og silur
I den eldste delen av paleozoikum eksisterte livet kun i havet. Mot slutten av silur, for 410 mill år siden, inntok først primitive landplanter, og senere de første dyrene landjorda (figur 1). Kambriske og ordoviciske lag er derfor karakterisert av marine fossiler. De fleste dyrerekkene utviklet seg før utgangen av kambrium: koraller, mosdyr (bryozoer), armføttinger (brachiopoder), pigghuder (bl.a. krinoider), leddyr (bl.a. trilobitter), graptolitter, samt bløtdyr (bl.a. blekkspruter). Alle disse er rikt representerte i kambro-silurlagene i Oslofeltet. Trilobittene er kanskje de best kjente kambriske fossilene. De var de første dyrene som etterlot seg tydelige fossilrester ettersom de hadde et ytre skall. Sporfossiler etter trilobitter er også godt kjent (figur 6).
De eldste ryggstrengdyrene (virveldyrenes forløpere) er fra begynnelsen av ordovicium, og er funnet bl.a. på Spitsbergen.
Utvikling, arv og miljø
Artsmangfoldet har variert gjennom geologisk tid. Eldre former har dødd ut, og nye former har utviklet seg og tilpasset seg endrete livsbetingelser. Utdøing er ofte et resultat av endringer i de fysiske og biologiske omgivelsene, og er en del av naturens gang. Fossilene er de eneste konkrete bevis på at forhistoriske livsformer har eksistert. Men utdøing og evolusjon har aldri foregått med konstant hastighet. Enkelte korte perioder er karakterisert av en betydelig økning i utdøing, og man antar at disse episodene skyldes omfattende miljøendringer. Slike katastrofer kan ha mange årsaker, f. eks. meteorittnedslag med følger for det globale klima, binding av vann i isbreer slik at havnivået synker dramatisk, eller tining av isbreer som fører til at havvannet stiger tilsvarende. De økologiske nisjene i grunne sokkelområder blir nærmest borte når vannstanden synker. Organismene som lever i grunne marine områder vil derfor forsvinne. Overgangen fra ordovicium til silur representerer en slik dramatisk periode. Fossile morener viser at slutten av ordovicium var en kald periode med istider. Store mengder vann ble bundet i isbreer, og havnivået sank. Begynnelsen av silur var varmere, isen smeltet og vannstanden steg. Grunnmarine faunaer utviklet seg igjen, og mange nye arter kom til.
Yngre paleozoikum - periodene devon, karbon og perm
Fiskene gikk gjennom en periode med rask utvikling og differensiering i devon. I slutten av denne perioden krøp de første virveldyrene på land, og amfibiene, først representert med fiskepaddene (Ichthyostega fra Grønland), så dagens lys. Ichthyostega hadde lemmer og lunger, utviklet fra fiskenes finner og svømmeblære. Halen var fortsatt som hos fiskene. Landjorda hadde på denne tiden en rik vegetasjon. I Norge er fossiler av primitive planter, de såkalte psilofyttene, bl.a. funnet i devonavsetningene ytterst i Trondheimsfjorden, i Nordfjord og ved Røros. Den eksplosjonsartede utviklingen av landplantene som kan sammenlignes med den kambriske utviklingen av dyregruppene, skjedde i den påfølgende karbontiden. Da dannet det seg hele skoger av karsporeplanter (bregner, sneller og kråkefotplanter). Flere grupper leddyr (insekter og edderkopper) inntok landjorda og luften før virveldyrene.
I løpet av karbon endret klimaet seg igjen. Det ble det fuktigere og varmere, og det dannet seg store myrskoger som med tiden ga grunnlag for dannelse av tykke kullag. I slutten av karbon oppsto de første krypdyrene, og pattedyrlignende krypdyr dominerte i perm. De sørlige kontinentene (Sør-Amerika, Afrika, Australia, Antarktis, sørlige Europa og sørøstlige Asia) var samlet i et stort kontinent; Gondwanaland, mens de nordlige kontinentene (Nord-Amerika, nordlige Europa og Sibir) dannet et kontinent med navnet Laurasia. Tidlig i perm kolliderte disse to kontinentene og dannet superkontinentet Pangaea som strakk seg nesten fra Sydpolen til Nordpolen (figur 7). Dette var altså en aktiv platetektonisk periode i jordas historie, med fjellkjededannelser, jordskjelv og vulkanutbrudd. Oslofeltets lavabergarter, bl.a. rombeporfyr og basalt, ble dannet på denne tiden. Skoger av bartrær i perm indikerer en dreining mot et tørrere klima. I slutten av perm ble det varmere slik at enkelte avstengte grunne havområder tørket inn og etterlot seg tykke saltavleiringer.
Frøbregnen Glossopteris var vanlig i karbon og perm ettersom fossiler av den er funnet på alle de sydlige kontinentene. Basert på bl.a. disse funnene kan vi rekonstruere sammensetningen av Gondwanaland, og hvordan de enkelte kontinentene lå inntil hverandre (figur 8).
Mesozoikum - periodene trias, jura og kritt
Artsmangfoldet blant jordas dyr og planter gikk dramatisk tilbake gjennom perm. Paleontologene mener at mot slutten av denne perioden døde nærmere 95% av alle marine dyrearter ut i løpet av 10-15 mill år. Denne tiden karakteriseres ellers av stigende global temperatur, et tørrere klima, dramatisk synkende havnivå og redusert saltinnhold i havet. Disse endringene i det fysiske miljøet rammet sterkest de grunne tropiske havområdene. Trilobittene, forskjellige typer koraller (hornkoraller) og flere ordener av mosdyr (figur 9) døde ut (figur 10). I begynnelsen av trias begynte superkontinentet Pangaea å sprekke opp, havnivået steg igjen og nye dyregrupper overtok de nisjene som de utdødde perm-formene hadde etterlatt seg. Mange dyre- og plantegrupper utviklet seg i mesozoikum. I sedimentære bergarter fra denne tiden finner vi en rekke nye dyre- og planteformer, bl.a. nye éncellede foraminiferer (amøber med skall). Disse fossilene er viktige når bergartsprøver skal dateres i forbindelse med oljeleting. Bløtdyrene, spesielt muslinger og blekksprutgruppene ceratitter og ammonitter gjennomgikk en rik utvikling. Ammonittene er viktige ledefossiler for bergartsserier i jura og kritt, og de utviklet seg til underlige former mot slutten av kritt. Mesozoikum var selvfølgelig også dinosaurenes tid. Sammen med sjølevende, landlevende og flyvende øgler dominerte de livet på jorda i en periode på 180 mill år. De første pattedyrene entret scenen sent i trias, men levde helt i skyggen av krypdyrene inntil de tok over i jordas nytid, kenozoikum, for 65 mill år siden. Dinosaurspor er funnet på Svalbard, mens fossiler av marine øgler, bl.a. fiskeøgler, er funnet på Andøya og på Svalbard. Mesozoiske avsetninger er meget sjeldne i fastlands-Norge, men vanlige på Svalbard og på kontinentalsokkelen i Nordsjøen og Norskehavet. Oljeinstallasjonene i Nordsjøen utvinner olje fra disse lagene.
De første fuglene (figur 11) utviklet seg fra dinosaurene i midten av jura. De hadde tenner, klør på vingene, og man kan si at dagens fugler er de eneste nålevende fjerne slektningene til dinosaurene. Fossile fugler fra jura er sjeldne, og det er bare funnet syv eksemplarer i Solnhofenskiferen i Tyskland og ett fra Kina.
Overgangen fra eldre til yngre kritt markerer en viktig utviklingsgrense for plantene, og mot slutten av denne perioden ble blomsterplantene vanlige. Før den tid besto plantelivet stort sett av primitive karsporeplanter og bartrær. Jordas ansikt endret seg gjennom mesozoikum, superkontinentet Pangaea sprakk mer opp, men fortsatt hang Nord-Amerika og Eurasia sammen og dannet Laurasia (figur 12).
ær og kvartær
Overgangen kritt-tertiær for 65 mill år siden representerer en annen av de store utdøingsepisodene i jordas historie. Dinosaurene og mange andre store øgler døde ut, og ga rom for pattedyrenes eksplosjonsartede utvikling. I havet forsvant ammonittene og en rekke mikroorganismer ble sterkt redusert i antall. I tertiær skjedde det en ny utvikling innen det marine mangfoldet. Nye arter av koraller (hexakoraller), mosdyr, snegler, muslinger, krepsdyr og fisk oppsto. På land utviklet pattedyrene seg til merkelige kjempeformer (figur 13). Også denne geologiske overgangen representerer et markant miljøskifte. Mange geologer mener at de katastrofale endringene skyldes at jorda ble truffet av én eller flere meteoritter, noe som igjen hadde en mengde dramatiske bivirkninger. Flere steder i verden, bl.a. i Danmarks klinter, kan man studere sedimentære bergarter bygget opp av marint slam avsatt nøyaktig ved grensen mellom tidsperiodene kritt og tertiær. Bergartene dokumenterer en drastisk reduksjon i flora og fauna, flere lag inneholder sot og sjeldne grunnstoffer, bl.a. iridium, som er vanlig i kosmisk støv og kometer. Mineralkornene viser dessuten tegn på voldsomme trykkpåvirkninger ("sjokket" kvarts). Alt dette er indikasjoner på at en kollisjon mellom himmellegemer og jorda har funnet sted. Det er også påvist et mulig meteorittkrater ved Yucatanhalvøya utenfor kysten av Mexico. Dersom meteoritt-teorien er korrekt kan man tenke seg følgende scenario da meteoritten(e) traff jorda:
- meteoritten(e) treffer jorda med en energi tilsvarende 100 millioner megatonn TNT sprengstoff (!)
- rystelsene aktiviserer en mengde vulkaner
- omfattende skogbranner bryter ut
- aske, sot, støv og giftige gasser virvles opp i atmosfæren og stenger for sollys og varme i flere måneder ("atomvinter")
- temperaturen synker
- fotosyntesen minker sterkt, plantelivet og plante-eterne går tilbake
- rovdyrene går tilbake
De to største kjente miljøkatastrofene, ved overgangene perm-trias og kritt-tertiær, var det naturen selv som utløste og det var også naturen som over tid ryddet opp. Nærmere 95% av jordas marine arter forsvant i hver av disse episodene, men det er viktig å merke seg tidsperspektivet. Masseutdøingen skjedde over noen få millioner år. Også i dag står naturen bak de mest dramatiske negative miljøepisodene, bl.a. vulkanutbrudd. Da vulkanen Tambora i Indonesia hadde sitt enorme utbrudd i 1815 spydde den ut ufattelige askemengder, svovelsyre, saltsyre og flussyre i gassform (figur 14). Klormengden tilsvarte menneskenes industrielle utslipp av klor i form av klor-fluor-karbon-gasser (KFK-gasser) i 600 år sammenlignet med 1985-nivå. Isotopanalyser viser at den globale temperaturen sank med 0,7°C, og etter noen år var sporene etter dette utbruddet skjult. Igjen viser det seg at livet og jorda har en fantastisk evne til å tilpasse og omstille seg nye miljøvilkår.
I dag utryddes dyr og planter i et faretruende høyt tempo fordi menneskene ødelegger leveområdene deres. Menneskeslekten Homo har vært naturens medspiller i vel 2 mill år (figur 15). Det er å håpe at vi ikke ender opp som naturens motspiller, men at vi kan ivareta det ansvaret vi har for livets videre utvikling.
Ill.: Hans Arne Nakrem