Om du skulle sätta filmen på snabbspolning skulle du se massor av action och massor av förändringar! Du skulle se att vår planet har genomgått anmärkningsvärda förändringar under miljarder år (figur 12.3). Enorma berg har bildats, förstörts och ersatts av nya berg. Haven har öppnat sig och rört sig runt jorden. Kontinenterna har flyttat runt, splittrats från varandra och kolliderat med varandra för att slutligen nå sina nuvarande platser. Livet på jorden har också förändrats enormt. Till en början kunde jorden inte ens stödja liv. Det fanns inget syre i atmosfären och jordens yta var extremt varm. Långsamt, under miljontals år, förändrades jorden så att växter och djur kunde börja växa. De levande varelserna förändrade sedan jorden ännu mer.
Figur 12.3: Jorden från rymden. Jorden ser väldigt annorlunda ut idag än vad den gjorde när den först bildades för över 4 miljarder år sedan.
Vi tycker ofta om att använda vår fantasi för att tänka på hur jorden såg ut när dinosaurierna strövade omkring (figur 12.4). Vilka bilder kommer du att tänka på när du tänker på dinosaurierna? Föreställ dig nu en tid på jorden innan ens dinosaurierna fanns. Föreställ dig tiden innan något levande fanns på jorden. Vilka bilder kommer du att tänka på nu? Hur tror du att jorden såg ut när den först bildades? Den här lektionen hjälper dig att förstå hur jorden bildades, hur den såg ut under sina tidigaste år och hur livet först utvecklades på jorden.
Figur 12.4: Jorden och dess dominerande livsformer har förändrats under jordens långa historia.
Utvärdering av tidigare kunskaper
Följande frågor tas upp i andra kapitel och hjälper dig att arbeta dig igenom den här lektionen. Undersök dessa innan du går vidare.
- Vad är kemiska grundämnen?
- Vilka förhållanden kräver växter och djur för att leva?
- Vad är atmosfären och vad består den av?
- Hur påverkar vädring och erosion jorden?
Jordets och vårt solsystems bildning
Vi kan konstruera vårt solsystems bildningshistoria genom att titta på områden där andra stjärnor nu bildas. Stjärnbildningen börjar när ett gigantiskt moln av gas och stoft kollapsar under sin egen gravitation. När molnet drar ihop sig börjar det snurra snabbare och lägger sig till en skivformad struktur. Vi ser dessa skivformade objekt (som kallas proplyder) i Orionnebulosan (figur 12.13), där de nya stjärnorna bildas idag. Det mesta av det dammiga skivmaterialet rinner mot centrum där tätheten gradvis ökar tills det enorma centrala trycket utlöser kärnfusionsreaktioner och stjärnan föds.
En relativt liten del av skivmaterialet lämnas dock kvar i form av isbelagda stoftkorn. De isiga mantlarna på kornen börjar klibba ihop och växer så småningom till meterstora stenblock som kallas planetesimaler. Planetesimaler kolliderar och ackrediteras till större kroppar som är tiotals kilometer i diameter och som kallas protoplaneter. När protoplaneterna väl klarar en lucka i skivan blir de riktiga planeter och deras banor börjar stabiliseras (figur 12.6).
Figur 12.6: Konstnärsskildring av en babystjärna som fortfarande är omgiven av en protoplanetär skiva där planeter håller på att bildas.
Processen för planetbildning är rörig. Alla planetesimaler ackreteras inte till planeter. Miljontals planetesimaler blir kvar som överblivna spillror och utgör nu asteroider och isbelagda kometer i vårt solsystem. Under de första hundra miljoner åren efter solens bildning var kollisioner mellan överblivna planetesimaler och planeterna vanliga. Vi ser bevis för kraftiga bombningar av planetesimaler på månens och Merkurius’ ytor (figur 12.7 och figur 12.8).
Figur 12.7: Månens yta är ärrad av kollisioner med skräp som var meter till kilometer i diameter. De flesta av dessa planetesimaler ackreterades till planeter eller månar, men en del av dessa föremål finns kvar som meteorer, asteroider och kometer i vårt solsystem idag.
Figur 12.8: Merkurius yta uppvisar liknande kollisionskräftor. De flesta planetesimaler ackreterades till planeter eller månar, men en del av dessa objekt finns kvar som meteorer, asteroider och kometer i vårt solsystem idag.
Samma typer av kollisioner skulle ha inträffat på jordens yta, men erosionsprocesser har utplånat alla utom de senaste av dessa kollisioner. Bilden i figur 12.9 visar en meteorkrater i Arizona.
Figur 12.9: Meteorkrater i Arizona bildades för cirka 40 000 år sedan genom nedslaget av en meteorit som var cirka 50 meter i diameter. Sådana kollisioner är sällsynta idag.
Omkring 100 miljoner år efter solens bildning hade gravitationen från planeterna och månarna i vårt solsystem sopat upp de flesta planetesimaler. Miljontals av dessa objekt finns dock fortfarande kvar i gravitationellt stabila banor i solsystemets huvudsakliga asteroidbälte, i det trojanska asteroidbältet eller ute bortom Neptunus och Pluto i Kuiperbältet. I skissen nedan illustreras läget för den största behållaren av asteroider i vårt solsystem idag (figur 12.10).
Figur 12.10: Den här skissen visar den största behållaren av asteroider i vårt solsystem idag.
Jorden är det enda objektet i vårt solsystem som är känt för att stödja liv (figur 12.11). Idag finns det över 1 miljon kända arter av växter och djur på jorden.
Figur 12.11: Jorden bildades samtidigt som de andra planeterna i vårt solsystem för cirka 4 1⁄2 miljarder år sedan.
Materialen som samlades för att bilda jorden bestod av flera olika kemiska element. Varje grundämne har en annan densitet, definierad som massa per volym. Densitet beskriver hur tungt ett föremål är jämfört med hur mycket utrymme föremålet tar upp. Efter jordens tidiga bildning sjönk de tätare elementen till centrum. De lättare elementen steg upp till ytan. Du har förmodligen sett något liknande hända om du någonsin har blandat olja och vatten i en flaska. Vattnet är tätare än oljan. Om du lägger båda i en flaska, skakar den och sedan låter den stå ett tag, sjunker vattnet till botten och oljan stiger upp över vattenytan.
I dag består jorden av lager som representerar olika densiteter (figur 12.12). Jordens centrum kallas för dess kärna. Kärnan består av mycket täta metallelement som kallas järn och nickel. Jordens yttersta lager är dess skorpa. Skorpan består mestadels av lätta grundämnen som kisel, syre och aluminium. Mer information om jordens olika lager presenteras i lektionen om plattektonik.
Figur 12.12: Jorden består av flera lager som varierar i densitet. Jordens centrum är kärnan, som är den tätaste. Det yttersta lagret är skorpan, som är det minst täta. De mellersta lagren utgör manteln.
Formation av jordens atmosfär
Den tidiga jorden var mycket annorlunda än vår jord idag. Den tidiga jorden upplevde frekventa nedslag från asteroider och meteoriter och hade mycket mer frekventa vulkanutbrott. Det fanns inget liv på jorden under den första miljarden år eftersom atmosfären inte var lämplig för liv. Jordens första atmosfär hade mycket vattenånga men nästan inget syre. Senare gav frekventa vulkanutbrott upphov till flera olika gaser i luften (figur 12.13). Dessa gaser skapade en ny typ av atmosfär för jorden. Vulkanutbrotten spydde ut gaser som kväve, koldioxid, väte och vattenånga i atmosfären – men inget fritt syre. Utan syre fanns det fortfarande väldigt lite som kunde leva på jorden.
Figur 12.13: Vulkanutbrott förekom nästan ständigt på den tidiga jorden. Utbrotten satte vattenånga, koldioxid och andra gaser i luften som bidrog till att skapa jordens tidiga atmosfär.
Långsamt förändrade två processer jordens atmosfär till en mer syrerik atmosfär som liknar den vi har idag. För det första fick strålning från solen vattenångans molekyler att splittras. Kom ihåg att en vattenmolekyl består av grundämnena väte och syre, eller H2O. Strålning från solen delade upp en del av vattenmolekylerna i väte och syre. Vätet flydde tillbaka till rymden. Syret ansamlades i atmosfären. Den andra processen som förändrade jordens tidiga atmosfär var fotosyntesen (figur 12.14). För ungefär 2,4 miljarder år sedan utvecklades en typ av organism som kallas cyanobakterier på den tidiga jorden och började utföra fotosyntes. Fotosyntesen använder koldioxid och energi från solen för att producera socker och syre. Cyanobakterierna var mycket enkla organismer men spelade en viktig roll i förändringen av jordens tidiga atmosfär. De utförde fotosyntes för att producera det material de behövde för att växa. De avgav syre till atmosfären när de gjorde detta.
Figur 12.14: Bakterier med förmåga till fotosyntes dök först upp på jorden för cirka 2,4 miljarder år sedan. Fotosyntesen tar solljus, koldioxid och vatten och producerar socker och syre. Fotosyntesen bidrog med syre till jordens tidiga atmosfär och hjälpte till att förändra den från att vara rik på koldioxid till att bli rik på syre.
Syran i atmosfären är viktig för livet av två huvudsakliga skäl. För det första utgör syre ozonskiktet. Ozonskiktet finns i den övre delen av atmosfären och består av O3-molekyler – en särskild typ av syremolekyl. Det blockerar skadlig strålning från solen och hindrar den från att nå jordens yta. Utan ozonskiktet nådde den intensiva strålningen från solen den tidiga jordens yta, vilket gjorde livet nästan omöjligt. För det andra är syre i atmosfären nödvändigt för att djur, inklusive människor, ska kunna andas. Inga djur skulle ha kunnat andas i jordens tidiga atmosfär. Det fanns dock troligen flera typer av bakterier som levde på jorden under denna tidiga tid. De skulle ha varit anaeroba, vilket innebär att de inte behövde syre för att leva.
Väldigt enkla celler levde på jorden under de första miljarder åren av jordens historia. Några av de äldsta fossilerna av mer komplexa organismer är från cirka 2 miljarder år sedan. De finns i Australien.
Bortsett från förändringar i livet och atmosfären har även andra förändringar skett sedan jorden först bildades. Tidiga vulkanutbrott på jorden släppte ut stora mängder vattenånga i atmosfären. Vattenångan kondenserades långsamt och återvände till jordens yta i form av regn. På så sätt bildades haven. Vatten började cirkulera på jorden, och händelser som regn och stormar började sedan förändra jordens yta genom vittring och erosion. I kapitlet Jordens sötvatten finns mer information om hur vattenets kretslopp på jorden.
Kontinenterna befann sig på helt andra platser än vad de gör nu. Forskarna vet inte hur jordens land exakt såg ut efter planetens första bildning. De vet dock att Nordamerika och Grönland bildade en gigantisk landmassa som kallas Laurentia för cirka 1,8 miljarder år sedan. För cirka 1 miljard år sedan kan Antarktis ha legat nära ekvatorn, även om det nu ligger på jordens sydpol. I dag fortsätter jordens kontinenter att långsamt förskjutas runt om i världen.
Lektionssammanfattning
- Jorden bildades för mer än 4 miljarder år sedan tillsammans med de andra planeterna i vårt solsystem.
- Den tidiga jorden hade inget ozonskikt och var troligen mycket varm. Den tidiga jorden hade inte heller något fritt syre.
- Och utan en syreatmosfär kunde mycket få saker leva på den tidiga jorden. Anaeroba bakterier var förmodligen de första levande varelserna på jorden.
- Den tidiga jorden hade inga hav och träffades ofta av meteoriter och asteroider. Det förekom också ofta vulkanutbrott. Vulkanutbrotten frigjorde vattenånga som så småningom svalnade och bildade haven.
- Atmosfären blev långsamt mer syrerik när solstrålning splittrade vattenmolekyler och cyanobakterier började fotosyntesen. Så småningom blev atmosfären som den är idag och rik på syre.
- De första komplexa organismerna på jorden utvecklades först för cirka 2 miljarder år sedan.
Review Questions
- Beskriv hur jordens olika skikt varierar i densitet. När skiljde sig materialen som jorden består av åt efter densitet?
- Förklara två anledningar till varför det är viktigt för livet på jorden att ha en syrerik atmosfär.
- Vetenskapsmännen tror att jordens ozonskikt håller på att krympa på grund av mänsklig verksamhet och luftföroreningar. Vilken inverkan kan detta ha på jordens livsformer?
- Beskriv cyanobakteriernas roll i förändringen av jordens tidiga atmosfär.
- Lista tre sätt på vilka jorden var annorlunda idag än när den först bildades.
- Föreställ dig att jorden hade varit mycket kallare när den först bildades. Hur skulle jordens inre vara annorlunda än idag?
Vokabulär
atmosfär Blandningen av gaser som omger jorden och som innehåller den luft vi andas. kondenseras Kyls av och förändras från vattenånga till flytande vatten. täthet Täthet innebär massa per ytenhet. molekyler De minsta möjliga mängderna av ett kemiskt ämne. strålning Energi som avges av solen. art En grupp levande varelser med liknande egenskaper. vatten Vatten Ångvatten vatten i gasform.
Punkter att tänka på
- Hur utvecklades livet på jorden från enkla bakterier till mer komplexa organismer?
- När komplexa organismer som fiskar, reptiler och däggdjur dök upp på jorden?
- När bildades de viktigaste egenskaperna på jorden som vi känner till idag?