16. november 2013

Avslører dannelsen av Jordens eldste fosforitter

Da mengden oksygen i Jordas atmosfære økte for 2,3 milliarder år siden, gikk planeten vår gjennom en periode med dramatiske miljøendringer. Noe senere, for to milliarder år siden, ble de første fosforittene dannet.

FosforsakBAKTERIE: Fossilisert svovelbakterie sett i elektronmikroskop. Runde svovelbakterier, som konsentrerer fosfor, er de aller største bakterier som er funnet i moderne avsetninger og kan ha en diameter opp till 0,75 mm. I urgamle fosforitter fra Karelen har fossiliserte svovelbakterier en typisk diameter på mellom 0,2 til 1 mm.

Hva var det egentlig som skjedde?

Forsforitter – fosforrike bergarter – finnes i sedimentære sekvenser sammen med skifer og kalkstein, og er dannet ved utfelling av fosformineraler på havbunnen. Fosforitter er den viktigste fosforkilden til fremstilling av for eksempel gjødningsstoffer.

Et mysterium

- Fosforitter i to milliarder år gamle bergarter har vært kjent lenge, men opprinnelsen har hittil vært et lite mysterium, forteller forsker Aivo Lepland ved Norges geologiske undersøkelse (NGU). 

Selv om koblingen mellom inntoget av oksygen i atmosfæren og den første globale utbredelsen av fosforitter lenge har vært innlysende, har selve dannelsesmekanismen vært uavklart.

Ferske forskningsresultater, som nylig ble publisert i Nature Geoscience, viser at det var svovelbakterier som spilte en avgjørende rolle i denne syklusen. Gjennom sitt stoffskifte – sin metabolisme – samlet svovelbakteriene opp fosfor og sørget for dannelsen av fosforitt.

FosforsakKOLONIER: Det myldret av små sylinderlignende mikroorganismer inne i kolonier av svovelbakterier. Cellemembranene deres initierte utfelling av fosformineraler. I denne prosessen ble organismene selv fossilisert.

Urgamle bergarter

Forsker Aivo Lepland og hans internasjonale forskerteam har lenge forsket på urgamle bergarter, senest i unike borekjerner fra russiske Karelen, som ble boret i rammene av FAR DEEP-prosjektet.

Disse kjernene avdekket blant annet fosforrik svartskifer med fossiliserte bakteriematter av organismer som bruker svovel og metan. Liknende mikroorganismer finner man i moderne avsetningsbassenger med høy produksjon av organisk materiale, hvor svovelbakterier formidler dannelsen av fosforitt, blant annet utenfor kysten av Namibia og i Mexico-gulfen.

- Vi finner en rekke likhetstegn mellom de eldste og de mest moderne fosforittene, noe som tyder på en ensartet dannelsesmekanisme. Mekanismen, som forutsetter et habitat der svovelbakteriene trivdes, er altså blitt etablert for to milliarder år siden, sier Lepland.

Unikt miljøarkiv

FAR DEEP-kjerner fra det som heter Zaonega-formasjonen i Karelen har i tillegg gitt forskerne en enestående innsikt i noen av de største oljesystemer fra urtiden, med blant annet oljedannelse og -migrasjon, gasslekkasjer og asfaltspill.

Det var her, i nettopp et slikt oljefeltmiljø, de undersøkte fosforittene ble dannet. Forskerne mener imidlertid at prosessen kunne ha skjedd også i andre, cirka to milliarder år gamle sedimentbassenger, vel og merke under tilsvarende betingelser som var et resultat av økningen i atmosfærisk oksygen.

- Fosfor som utvinnes fra forforitt er et viktig næringsstoff og brukes blant annet i gjødsel i jordbruket. Det gjør fosforitter til en stor økonomisk ressurs. Det pågår diskusjoner om hvorvidt det kan bli en verdensomspennede knapphet på dette livsviktige råstoffet. Derfor er det viktig å ha forståelse for hvordan de dannes og hvor de kan finnes, påpeker forsker Aivo Lepland.

Referanse: Lepland, A. Joosu, L., Kirsimäe, K., Prave, A.R., Romashkin, A.E. Crne, A.E., Martin A.P. Fallick, A.E., Somelar, P., Üpraus, K., Mänd, K., Roberts, N.M.W., van Zuilen, M.A., Wirth, R. & Schreiber, A.: 'Potential influence of sulphur bacteria on Palaeoproterozoic phosphogenesis' i Nature Geoscience.

FeltarbeidFELT: Fra forskernes feltarbeid i russiske Karelen. Foto: FAR DEEP

Fakta: FAR DEEP

  • Arbeidet for å bringe fram den nye kunnskapen har skjedd i det internasjonale prosjektet Fennoscandian Arctic Russia – Drilling Early Earth Project (FAR DEEP), som i stor grad er finansiert av International Continental Scientific Drilling Programme (ICDP).
  • Her leser forskere Jordens urtidsarkiv i 3,6 kilometer med borkjerner som er hentet opp fra grunnfjellet i Karelen og på Kolahalvøya i nordvest-Russland. Kjernene er undersøkt, karakterisert og beskrevet ved NGUs laboratorium i Trondheim.