Superkontinent slår sprekker

Bloggen er skrevet av: Trond Slagstad (NGU), Morgan Grønnerød (NGU), Evgeniy Kulakov (CEED) og Trond H. Torsvik (CEED). 

Pangea – det siste superkontinentet

Jordens tektoniske plater er stadig i bevegelse og resulterer i kollisjoner mellom kontinenter (fjellkjeder) eller riftsoner (hav). Til tider har alle kontinentalplatene vært samlet i ett stort kontinent – såkalte superkontinent. Det siste superkontinentet eksisterte for mellom 320 og 200 millioner år siden og kalles Pangea (gresk for «alt land»).

Det er for eksempel lett å se for seg hvordan de vestlige kystlinjene til Europa og Afrika passer med de østlige kystlinjene til Nord- og Sør-Amerika dersom man lukker Atlanterhavet. Dannelse og oppbrudd av slike superkontinent har stor betydning for vår forståelse av platetektoniske prosesser, globale klimaendringer og utviklingen av livet på jorda.

Rekonstruksjon av eldre superkontinent

Platetektoniske teorier forutsier en syklus over flere hundre millioner år i dannelsen av slike superkontinent, men i motsetning til Pangea, hvor man «bare» trenger å lukke noen hav for å rekonstruere superkontinentet, er tilsvarende rekonstruksjoner tilbake i tid svært krevende. Dette fordi mange av sporene er erodert bort eller er påvirket av yngre tektoniske prosesser.

I slike eldre superkontinent forsøker man å forstå hvordan rester av fjellkjeder som i dag ligger på flere forskjellige kontinent kan ha vært forbundet, for på den måten å pusle kontinentene sammen.

Korrelasjon av fjellkjeder

To fjellkjeder som ble dannet samtidig og av samme type tektoniske prosess kan opprinnelig ha hengt sammen. Under dannelsen av et superkontinent vil man forvente å finne fjellkjeder forårsaket av kollisjoner mellom kontinenter, på samme måte som Himalaya ble dannet gjennom kollisjon mellom den sørlige marginen til Asia og den nordlige marginen til India.

Fjellkjeder kan også dannes gjennom andre prosesser, for eksempel der havbunn synker (subduserer) under et kontinent. Andesfjellene i Sør-Amerika er dannet ved denne prosessen, og man kan ikke uten videre korrelere fjellkjeder dannet til samme tid, men gjennom ulike prosesser.

Selv om studier av fjellkjededannelse kan gi viktig informasjon om hvordan kontinenter kan ha hengt sammen til ulike tider kan de ikke si noe om hvor på jorden kontinentene befant seg på disse tidspunktene.

Paleomagnetisme

Den mest brukte metoden for å finne ut hvor på jorden et kontinent har vært er såkalt paleomagnetisme som baserer seg på jordens magnetfelt, noe alle som har brukt et kompass er kjent med. Jordens magnetfelt står vertikalt når man befinner seg ved polene, er horisontalt ved ekvator og er ellers en funksjon av breddegrad Oslo befinner seg for eksempel på ca. 60° nord, så her danner magnetfeltet en vinkel (inklinasjon) på 74° med overflaten. Bergarter består av små magnetiske mineralkorn som kan registrere retningen til jordens magnetfelt.

En vulkansk bergart som ble dannet ved ekvator og som etter flere hundre millioner år befinner seg i Oslo vil for eksempel vise et horisontalt magnetfelt. Vi vet da at denne bergarten og det kontinentet den befinner seg på lå ved ekvator da den ble dannet og har beveget seg 60° nordover siden den gang. En utfordring med denne metoden er at de magnetiske mineralene vil tilordne seg magnetfeltet på nytt dersom bergarten varmes opp til flere hundrede grader. Dersom dette skjedde med vår bergart da den passerte Paris vil det se ut som om den ble dannet på ca. 50° nord og at kontinentet bare har beveget seg ca. 10° nordover, ikke 60°. For å kunne «se gjennom» slike komplikasjoner er vi avhengig av å kunne datere eller aldersbestemme temperaturhistorien til bergartene vi analyserer.

Rodinia – Det nest siste superkontinentet(?)

Ulike forslag til hvordan superkontinentet Rodinia kan ha sett ut for ca. en milliard år siden. Merk at det er til dels store forskjeller mellom disse rekonstruksjonene, men at de alle har Baltika, Laurentia og Amasonia som et slags fastpunkt. Det er dette «fastpunktet» vi utfordrer i dette arbeidet.

I tiden før Pangea har vi mindre kontroll på hvordan de ulike kontinentene har beveget seg og hvordan de har hengt sammen. Til tross for dette er det bred enighet om at et superkontinent – Rodinia – eksisterte for rundt en milliard år siden. Akkurat hvor de ulike kontinentene lå i forhold til hverandre er usikkert, men de fleste mener at Rodinias kjerne bestod av de tre kontinentene Baltika, Laurentia og Amazonia.

• Baltika tilsvarer Skandinavia og deler av Russland til Uralfjellene (vårt kontinent)
• Laurentia består av de eldste delene av Nord-Amerika/Grønland
• Amasonia er kjernen i det søramerikanske kontinentet

Hovedargumentet for å plassere disse kontinentene sammen på denne tiden er at man finner rester av ca. en milliard år gamle fjellkjeder på alle tre. I Norge kalles denne for lengst eroderte fjellkjeden den svekonorvegiske fjellkjeden, og restene finner vi fra Hardangervidda og sørover, samt østover inn i Sverige. Eksistensen og oppbrudds-historien til Rodinia er viktig å forstå av flere grunner.

Dersom superkontinentet ikke har eksistert setter det spørsmålstegn ved hvorvidt en superkontinentsyklus faktisk finnes på jorden og når dagens moderne platetektonikk begynte å operere. Rodinia skal ha blitt brutt opp for mellom 800 og 550 millioner år siden og i denne perioden hadde vi tidvis ekstremklima der så å si hele jorden var dekket av is (såkalt Snowball Earth-perioder).

Den kambriske eksplosjonen, der liv på jorden i løpet av kort tid gikk fra enkle til veldig komplekse organismer, skjedde for rundt 540 millioner år siden, antakelig knyttet til oppbrudd av Rodinia med dannelse av nye habitat over hele kloden. Viktige milepæler i jordens og livets utvikling ser derfor ut til å kunne knytes til et slikt superkontinent, noe som antakelig forklarerer hvorfor mange forskere kjøper ideen til tross for et relativt svakt datagrunnlag.

Ideen om Rodinia slår sprekker

Vår tolkning av nye paleomagnetiske og geologiske data fra Sør-Norge. (A) og (B) I perioden fram til 1,14 milliarder år siden er det gode geologiske argumenter for at Baltika og Laurentia dannet deler av samme margin av samme type og lengde som dagens Andesfjell. (C) For 1,09 milliarder år siden skal Baltika, Laurentia og de fleste andre kontinent på jorden ha blitt samlet til ett superkontinent, Rodinia. Våre data viser derimot at Baltika og Laurentia lå langt fra hverandre på dette tidspunktet. (D) og (E) I en periode etter 960 millioner år siden lå Baltika og Laurentia på samme breddegrad og kan i prinsippet ha ligget nært hverandre. Paleomagnetiske studier kan ikke skille mellom ulike lengdegrader. Våre geologiske undersøkelser peker derimot i retning av at de ikke lå nært hverandre.

I en nylig publisert studie i tidsskriftet Precambrian Research presenterte Kulakov og kolleger ved NGU og CEED, Universitetet i Oslo, nye alders- og paleomagnetiske data fra rester av den svekonorvegiske fjellkjeden i Telemark, Agder og Rogaland. De undersøkte områdene har en lang og kompleks geologisk historie. Den har blant annet vært påvirket av folding og langvarig oppvarming som kan ha forstyrret eller nullet ut det paleomagnetiske signalet. Vi mener likevel at vi har klart å se gjennom disse forstyrrende faktorene og greid å rekonstruere Baltikas posisjon på jorden i perioden ca. 1,1 milliard til 900 millioner år siden. I tillegg har vi gjennomført detaljerte geologiske undersøkelser for å forstå de tektoniske prosessene som forårsaket den svekonorvegiske fjellkjededannelsen bedre.

De geologiske undersøkelsene viser at de tektoniske prosessene som forårsaket den svekonorvegiske fjellkjededannelsen ikke kan skyldes at to eller tre kontinent har kollidert, men mest sannsynlig representerer en aktiv kontinentalmargin som dagens Andesfjellene. Men selv dette kan ikke helt utelukke at de tre kontinentene Baltika, Laurentia og Amasonia lå inntil hverandre fordi vi vet at det tektoniske miljøet langs lange platemarginer kan variere. Det kanskje beste eksempelet på dette er den nevnte sørlige marginen til Asia. Langs Himalaya-delen av marginen kolliderer India, mens lenger øst får man dannet en Andes-liknende margin der Det indiske hav subduserer under Asia og danner en Indonesisk fjellkjede.

De nye paleomagnetiske dataene viser at Baltika lå på mye høyere sørlige breddegrader enn Laurentia for ca. 1,1 milliard r år siden, da fjellkjededannelsen i forbindelse med samlingen av Rodinia skal ha startet. For ca. en milliard år siden lå de to kontinentene omtrent på samme breddegrad, men betydningen av dette er uklar fordi paleomagnetiske studier ikke gir informasjon om lengdegrad (øst-vest). Man kan for eksempel ikke skille mellom Oslo og Anchorage i Alaska, som begge ligger på ca. 60° nord. Det er altså viktigere å identifisere tidspunkt hvor breddegraden var forskjellig fordi dette viser at kontinentene må ha vært adskilt, uavhengig av lengdegrad. For ca. 900 millioner år siden viser vår studie at Baltika lå ved lavere breddegrad enn Laurentia og at de igjen må ha vært adskilt. De paleomagnetiske studiene er altså i samsvar med de geologiske undersøkelsene, og viser at de ulike fjellkjedene både representerer ulike tektoniske prosesser i tillegg til at de lå på forskjellige steder på jorden.

Våre studier viser at den utbredte antakelsen i Rodinia-rekonstruksjoner som få tidligere har stilt spørsmål ved kan være feil. Dette åpner for en lang rekke spørsmål: Har det eksistert superkontinent på jorden før Pangea? Hvis Rodinia ikke har eksistert, hvordan kan vi forklare Snowball Earth-perioder eller den kambriske eksplosjonen? Når startet platetektonikken på jorden? Nå som deler av Rodinia-myten er vraket håper vi at våre og andres studier i framtiden kan finne nye svar på disse spørsmålene.