Starkt frätande rymdforskning
Fredrik Terfelt löser upp bitar av kalksten för att komma åt fossila meteoriter som bäddats in i stenen för många miljoner år sedan. Inuti de frilagda meteoritkornen finns ledtrådar om jordens tidiga historia.
Hur har livets villkor på jorden påverkats av solsystemets historia? Ledtrådarna ligger och kan plockas fram med GÖMDA I BERGGRUNDEN frätande syra. Forskning & Framsteg har besökt forskarna som utforskar rymden genom att titta ned i marken.
Birger Schmitz håller upp en liten mörk sten. Det är en meteorit som föll ned i Uganda på 1990-talet, och som han har köpt på e-bay. – Nu ska du få uppleva något unikt. Här på den låga bänken i laboratoriet har han lagt upp grå och rödaktiga stenskivor som alla har en mörk fläck. Han lutar sig med en teatralisk gest över dem och lägger stenen på en av fläckarna.
– Nu återförenas de, efter att ha varit ifrån varandra i 470 miljoner år.
Meteoriten och fläcken i stenen har samma ursprung. För ungefär 470 miljoner år sedan kolliderade två asteroider med varandra någonstans mellan Mars och Jupiter. En del av fragmenten kastades in i banor som korsar jordens. Somliga av dem föll ned genom vår atmosfär, och några bäddades sedan in i kalksediment på havsbottnen, i den del av världen som nu är Västergötland. Där omvandlades de till fossil på ungefär samma sätt som de raka avsmalnande skalen från bläckfiskar som man ofta kan se i stentrappor. Kemiska processer bytte ut många av mineralerna i lämningen och de förstenade avtrycken blev kvar i berggrunden. Den mörka fläcken som vi ser i stenskivan framför oss har blivit till på det sättet.
Andra delar av den krossade asteroiden blev kvar ute i rymden. Fragmenten kretsade varv efter varv kring solen. Genom årmiljonerna blev fler och fler av dem uppfångade av gravitationen från jorden och föll till marken som stjärnfall. Några av dem regnar fortfarande ned i vår at- mosfär emellanåt och blir upphittade av meteoritjägare. Det är ett sådant fragment som Birger Schmitz håller i handen.
Av de meteoriter som nu för tiden faller ned på jorden är mer än en tredjedel av en typ som kallas L-kondriter, och många av dem kommer från en och samma kollision. Det avslöjas av en radioaktiv kalium-isotop, K-40, som sönderfaller till ädelgasen argon. När en kollision skakar om en rymdsten frigörs argon som har bildats inuti materialet och försvinner ut i tomheten. Genom att mäta förhållandet mellan mängden kalium-40 och argon går det att avgöra när kollisionen måste ha inträffat. Det är så Birger Schmitz kan veta att den sten som hittades i Uganda ursprungligen hörde till samma asteroid som de meteoriter som hittats i den förstenade havsbottnen från urtiden.
Här i laboratoriet listar forskarna ut vad som hänt i rymden genom att titta ned i marken. Naturen bryr sig inte om ämneskategorier, och här överbryggas de både på längden och tvären. Birger Schmitz är professor i geologi och försöker hitta astronomiska samband, med sikte på att försöka knyta dem till livets utveckling på jorden. Forskargruppen kallar sitt ämne för astrogeobiologi. Alltihop inom avdelningen för kärnfysik vid Lunds universitet.
En vanlig dag är det upp till åtta personer som arbetar här i laboratoriet, varav ett par doktorander. Dessutom samarbetar de med många andra forskargrupper i världen.
Det finns många spännande frågor att utforska, berättar Birger Schmitz. Bland annat finns en stor krater på månen som är relativt ung, kratern Tycho nära månens sydpol, som bildades för ungefär 108 miljoner år sedan. Går det att se spår av att material från när det nedslaget också träffade jorden?
Det finns även större frågor. Amerikanska forskare har lagt fram en hypotes om att den stora dinosauriedödarmeteoriten som slog ned på jorden för 66 miljoner år sedan kom från en speciell asteroidkollision som inträffade nästan 100 miljoner år tidigare.
Kanske kan Birger Schmitz forskargrupp hitta ledtrådar som ger kunskap om den händelsen. Andra astronomer tittar
ännu längre bort och funderar på om solsystemet kan ha störts av stora händelser i galaxen, som att en dvärggalax passerat genom Vintergatan i närheten av galaxens centrum. Sådana händelser kan ha ruskat om solsystemet så att mindre kometer och asteroider kom ur sina banor, vilket i så fall också skulle kunna ha lämnat spår i berggrunden. Men för att hitta och tolka dessa spår krävs både tålamodsprövande analyser och tungt kroppsarbete.
Här i laboratoriet finns många stenplattor. Längs väggarna står stenar med fossil av trilobiter, bläckfiskskal och sjöborrar, och i lådor under ett bord finns ännu fler. På golvet ligger ett flera meter långt tvärsnitt av stenskikten från ett stenbrott i Hällekis, på Kinnekulle i Västergötland. Där bryts kalksten till trappor, fönsterbrädor och liknande – och där har de flesta av världens kända fossila meteoriter hittats. Från 1988 och framåt samlade amatörgeologen Mario Tassinari och stenhuggarbröderna Göran, Sören och Stig Thor in alla fossila meteoriter som kom i dagen i stenbrottet (läsare med riktigt gott minne kanske känner igen detta från en artikel som Birger Schmitz skrev i F&F 5/1998). Stenarna skulle annars ha kasserats, eftersom meteoriterna uppfattades som missprydande skador i stenen. – Men det finns en järnvägsstation i Sverige som har en fossil meteorit i golvet. Jag kommer inte att säga vilken!
Det var genom att arbeta med de här fossila meteoriterna som Birger Schmitz började utveckla de idéer som ligger till grund för det arbete som forskargruppen ägnar sig åt i dag.
Det går till viss del att känna igen meteoriterna på strukturen inuti dem. Men för att forskarna ska kunna vara helt säkra på att en blemma i stenen är avtrycket efter en meteorit krävs analyser. Det är inte helt enkelt eftersom det mesta av mineralerna har bytts ut när meteoriten fossiliserades, vilket innebär att många av ledtrådarna är borta. – Men ett mineral överlever alltid, säger Birger Schmitz. Små korn av det kromhaltiga mineralet kromit står emot nästan allt. Inuti kornen kan det finnas inkapslade delar av andra mineral från den ursprungliga meteoriten. De här kornen gör det möjligt att identifiera material som har sitt ursprung utanför jorden. Meteoriter innehåller till exempel ofta en mycket högre andel iridium än vad jordskorpan gör. Det beror på att en stor del av de tunga grundämnena, bland dem iridium, sjönk ned mot jordens kärna innan jordskorpan stelnade ordentligt, i samband med att vår planet bildades. Asteroider är mycket mindre och har inte gått igenom samma process, och en hög iridiumhalt
är därför en god ledtråd till att ett material har sitt ursprung i asteroider.
– Hurra! Jag har redan hittat ett klockrent extraterrestriskt korn!
Det är forskaren Fredrik Terfelt som ropar till från en annan del av labbet. Ett litet kromitkorn med utomjordiskt ursprung ligger i hans elektronmikroskop. Han har precis börjat söka igenom prover som han har förberett med den speciella metod som har utvecklats på astrogeobiologilabbet.
– En dag för 20 år sen hade jag vad jag tyckte var en riktigt tokig idé, säger Birger Schmitz.
Idén gick ut på att han satte en student, Niklas Olsson, på att slå sönder sten och lösa upp bitarna i syra. Ur de rester som blev kvar gick det att sålla ut korn av kromit och sedan sortera fram korn med utomjordiskt ursprung.
Meteoriter vittrar ganska fort. Om de inte blir fossiliserade så försvinner de på några tiotusental år. Men kromitkornen tål de mesta, de blir kvar. Det kan också finnas kromitkorn från mikrometeoriter inbäddade i stenen, som är för små för att upptäcka med blotta ögat.
– Plötsligt hade vi en metod för att rekonstruera meteoritflödet till jorden utan att vara beroende av ett stenbrott, förklarar Birger Schmitz.
Forskargruppen reser ett par gånger per år till olika platser för att hämta prover. På så vis har de kunnat visa att det finns en tydlig tidsgräns där mängden meteoritnedfall blev mer än hundra gånger större, och att den gränsen går genom samma del av den geologiska perioden ordovicium på olika platser på jorden. I äldre lager finns bara några få kromitkorn per hundra kilo sten, men så på andra sidan gränsen hittar forskarna flera korn per kilo.
För ett par år sedan upptäckte forskarna också en ny spännande detalj från det ordoviciska meteoritregnet. Av de fossila meteoriterna från stenbrottet på Kinnekulle kommer alla utom en från samma krossade asteroid. När Birger Schmitz och hans kolleger tittade närmare på den som skiljer sig från de andra upptäckte de att den var något tidigare helt okänt.
– Det finns 50 000 kända meteoriter, men den här ser inte ut som någon av dem, säger Birger Schmitz.
Slutsatsen blev att den är en ”utdöd” meteorit, av ett slag som inte faller ned på jorden längre. Antagligen har den asteroid som den kom ifrån utplånats helt. Kanske har det funnits många fler olika typer av meteoriter som har nått jorden under tidigare tidsåldrar, men som ingen har hittat ännu.
Kanske är den utdöda meteoriten en del av den andra asteroiden som var inblandad i krocken som skapade de många L-kondriterna. När rymdstenar utsätts för kosmisk strålning bildas neon-21, och mängden av den isotopen avslöjar hur länge de har kretsat omkring som lösa fragment i rymden innan de föll ned. Mängden neon-21 i den här meteoriten stämmer överens med att den skulle komma från samma kollision som de övriga, men från en annan kropp.
De detaljerade analyserna visar att olika sorters meteoriter har dominerat under olika perioder av jordens historia. Före asteroidkollisionen för 470 miljoner år sedan var det helt andra typer av meteoriter som föll ned på jorden än de som dimper ned i dag. Stenen som bryts i stenbrottet på Kinnekulle bildades under ett par miljoner år, ungefär i mitten av ordovicium. Sverige låg då på havsbottnen en bit söder om ekvatorn, ett par hundra meter under ytan. På land fanns bara enkla former av växter, men i havet genomgick livet ett stort utvecklingssprång där många nya arter uppstod. Fram till dess hade livet hållit sig mest på botten, men nu ökade mängden plankton och många olika sorters djur tog för sig av utrymmet i det fria vattnet. Bland dem fanns de bläckfiskar, ortoceratiter, vars vars skal man ofta ser avtryck av i kalkstensgolv och fönsterbrädor. Det som stod klart för forskarna när de hade samlat fossila meteoriter under ett antal år var att de var oväntat många. Under ordovicium måste spektakulära stjärnfall ha varit oerhört mycket vanligare än i dag. Många faktorer påverkade jorden under ordovicium. Vulkanutbrott gödde haven, havsnivåerna ändrades på grund av hur kontinenterna förflyttade sig och den globala temperaturen förändrades. Men spåren av livets snabba utveckling under den här perioden sammanfaller också med skiktet där mängden meteoriter plötsligt ökade.
Kanske spelade även meteoritnedslag en roll, till exempel genom att rensa delar av havsbottnen, så att nya arter kunde få möjlighet och utrymme att breda ut sig. Det är svårt att veta, men det är en kittlande tanke att livets utveckling skulle kunna få skjuts av händelser långt bort från vår planet. Det är sådana samband mellan händelser i rymden och livet på jorden som har fått Birger Schmitz att kalla sitt forskningsområde för astrogeobiologi.
Forskarnas nästa steg är att titta på andra tidsåldrar, för att se om det finns fler samband att upptäcka. I dag analyserar Fredrik Terfelt sten från Österlen som bildades tidigare, under kambrium.
Under en paus i arbetet visar han de utrymmen där det riktigt tunga jobbet utförs. I ett rum står stora blåa Ikea-påsar fulla med sten. I ett annat rum finns ett jättestort övertäckt plastkar som han använder för att lösa upp stenen i saltsyra.
Det som sedan återstår behandlas med fluorvätesyra i speciella dragskåp. Därefter skiktas kromitkornen fram med hjälp av två skakmaskiner som har fått namnen Shakespeare och Shakira.
Forskargruppen har god nytta av att ha tagit över lokaler som tidigare rymde Astra Zeneca, och där det redan fanns en infrastruktur för att handskas med farliga ämnen och ta hand om riskabla restprodukter på ett säkert sätt. Trots det är Birger Schmitz noga med att varna för att röra vid väggarna, ifall det skulle finnas något stänk av farliga ämnen någonstans.
De små kornen plockas till sist upp med pensel och läggs i elektronmikroskop. De som visar sig ha sitt ursprung utanför jorden, läggs intill varandra och gjuts in i plast för att vara i säkert förvar. Innan det är gjort krävs stor varsamhet.
– Det gäller att inte nysa, för då kan ett halvårs heltidsarbete försvinna, säger Fredrik Terfelt.
Det är bara halvt på skoj. De små ljusa kornen kan vara en bråkdels millimeter i diameter och skulle vara i stort sett omöjliga att återfinna om de hamnade på golvet. l