Med evolusjonen som klokke

Når vi geologer og paleontologer skal finne ut av jordas historie, er det én ting som er viktigere enn alt annet: Vi må vite hvor gammel steinen er. Uten en alder blir fossiler og spor etter katastrofer og klimaendringer umulige å forstå, fordi vi ikke kan vite hva som kommer før og hva som kommer etter, hva som er årsak og hva som er virkning.

Skifer og kalkstein i veksling i Wolffs gate i Oslo. Fossilene her forteller oss at lagene er forsteinede havbunner fra ordovicium, ca. 453 millioner år siden. Foto: Øyvind Hammer Skifer og kalkstein i veksling i Wolffs gate i Oslo. Fossilene her forteller oss at lagene er forsteinede havbunner fra ordovicium, ca. 453 millioner år siden. Foto: Øyvind Hammer

I geologien bruker vi mange ulike dateringsmetoder. Noen ganger kan vi gjøre såkalt radiometrisk datering, som er basert på nedbryting av ustabile isotoper over tid. Men da må vi ha spesielle bergarter, for eksempel lag av vulkansk aske, og analysen er tidkrevende og med mange feilkilder. Når radiometrisk datering fungerer, er det et fantastisk verktøy, men det er ikke noe vi kan bruke daglig.

Geologenes mest nyttige verktøy for datering er å bruke evolusjonen. Sedimentære bergarter som skifre og kalksteiner inneholder enorme mengder fossiler. Når jeg går opp en bakke med skiferlag fra tidsperioden kambrium i Oslo-området, gjør jeg en tidsreise, omtrent hundre tusen år for hver meter. Fossilene endrer seg hele tiden, arter kommer og arter forsvinner. Jeg vet nesten alltid omtrent hvor jeg er i lagrekken, fordi jeg finner fossiler som er typiske for de ulike lagene. Det fungerer bemerkelsesverdig godt: Jeg kan dra til et annet sted mange mil unna, til Sverige eller enda lengre, hamre litt, og jo da, der er sannelig Agnostus pisiformis, en liten trilobitt, jeg er i nedre del av mellomkambrium! Og i en knaus litt oppi lia kommer Rhabdinopora, en graptolitt, ganske riktig, det er overgangen fra kambrium til ordovicium! Det er litt magisk hver gang, en følelse av at naturen er forståelig, at vi har kontrollen, at systemene våre fungerer. Vi får ikke noen absolutt alder i millioner år på denne måten, men oftest er ikke det så viktig. Det viktige er å kunne plassere lagene i en relativ rekkefølge. Med fossilene kan vi si om et lag er eldre, yngre eller av omtrent samme alder som et lag et annet sted.

Det har vært et enormt arbeid gjennom to hundre år å bygge opp kunnskapen om biostratigrafi, det vil si hvilke fossiler som opptrer i hvilke lag. Det er et uendelig puslespill som aldri vil bli ferdig. I en veiskjæring i Oslo finner vi lag fra bare et kort tidsrom, sjelden mer enn ti millioner år. Dette lille bruddstykket, begrenset i tid og sted, må skjøtes sammen med tusenvis av andre fjellvegger og kjerneprøver fra hele verden ved hjelp av fossilene. Og det er så mange skjær i sjøen! Arter kan ha kommet og gått på ganske forskjellige tidspunkter på ulike steder, avhengig av lokale miljøforhold. Andre arter levde bare i et lite område (endemiske arter), og er dermed ubrukelige for å koble sammen lag over store avstander. Det er store usikkerheter knyttet til definisjon og gjenkjenning av arter: Er det nå så sikkert at et dårlig bevart blekksprutskall i England er fra samme art som et annet dårlig fossil fra Argentina? Mikrofossiler, som er så viktige for datering, kan lett erodere ut fra sedimentet og avsettes igjen i mye yngre lag, og da blir det tull. Og det verste av det hele er at selv om dataene våre er helt feilfrie, så kan vi få helt gale resultater! Grunnen til det er at dataene aldri er komplette, i den forstand at vi aldri finner første eller siste opptreden av en art på en lokalitet. Bare noen ytterst få organismer ble til fossiler, og vi finner som oftest bare ytterst få av disse fossilene når vi er ute og graver. Tenk deg så at en art A døde ut før en annen art B, og denne rekkefølgen observeres korrekt i en fjellvegg på Slemmestad. Men ved Mjøsa, hvor A kanskje også døde ut før B, finner vi tilfeldigvis ikke fossiler av arten B i de yngre lagene over der A opptrer, og dermed ser det ut som om B døde ut før A. Hva skal vi gjøre da – er det Slemmestad eller Mjøsa som gir den sanne rekkefølgen?

I noen tilfeller kan det fungere å definere spesielle sonefossiler (indeksfossiler) som aldersindikatorer. Vi kan si at hvis vi finner skall av blekkspruten Dorsoplanites panderi, så er vi i panderisonen øverst i jura. Men på grunn av alle feilkildene som vi snakket om, kan dette være en usikker metode. I moderne paleontologi prøver vi derfor å kombinere et stort antall fossilarter fra mange lokaliteter når vi skal bygge opp en tidsskala. Et slikt stort datasett, med kanskje hundrevis av arter fra hundrevis av borekjerner, kan inneholde tusenvis av stratigrafiske selvmotsigelser. Vi bruker kompliserte dataprogrammer for å prøve å nøste opp i dette og finne en rekkefølge av første- og sisteopptreden som passer best mulig med dataene. Feilkildene blir mer plagsomme jo finere tidsskala vi ønsker. Over veldig lange tidsrom, la oss si ti millioner år eller mer, endrer fauna og flora seg så mye at signalene fra fossilene blir nesten entydige. Hvis vi finner en Tyrannosaurus, så vet vi at vi ikke er i kambrium, for det var 250 millioner år før dinosaurene oppstod. Men når vi
skal finne ut av detaljene i f.eks. en masseutryddelse, så trenger vi en oppløsning på en million år eller helst enda mindre, og da gjelder det å være kritisk til dataene.

Sånn gjør vi biostratigrafi nå til dags. Finurlige algoritmer konstruerer fossilsoneringer ut fra store datasett med mange selvmotsigelser. Skjermdump: Øyvind Hammer Sånn gjør vi biostratigrafi nå til dags. Finurlige algoritmer konstruerer fossilsoneringer ut fra store datasett med mange selvmotsigelser. Skjermdump: Øyvind Hammer

Ikke alle fossiler egner seg like godt for biostratigrafi. Her er min ønskeliste for det perfekte indeksfossilet:

  • Fossilet må være vanlig, slik at vi kan finne det uten for mye innsats på mange steder og slik at vi får et mest mulig komplett bilde av første og siste forekomst.
  • Organismen må være utbredt over et stort område og mest mulig uavhengig av lokale miljøforhold. Planktoniske dyr og vindtransportert pollen kan skåre godt på dette punktet.
  • Arten må være karakteristisk og lett gjenkjennelig, så vi unngår å feilbestemme den.
  • Arten må ha en kort levetid. Det finnes arter som lever nesten uforandret i hundre millioner år eller mer, slik som det «levende fossilet» Lingula (et lite skjell), og de er ubrukelige for aldersbestemmelse.

For eksempel er skall av ammonitter, spiralsnodde utdødde blekkspruter, en klassisk fossilgruppe i biostratigrafien. Ammonittene levde i dinosaurenes tidsalder, fra ca. 250 til 65 millioner år siden. En art kunne ha en levetid på bare noen hundre tusen år, slik at tidsoppløsningen blir veldig god. Ammonittene er dessuten vanlige fossiler, og de levde sannsynligvis godt oppe i vannsøylen slik at utbredelsen ikke er styrt av bunnforholdene.

Kanskje enda mer nyttige er fossiler av mikroskopiske organismer med skall, og fossile pollen og sporer. Det kan finnes tusenvis av mikrofossiler i et gram med skifer eller kalkstein. Ved boring etter olje og gass studeres mikrofossilene intenst for å finne ut hvor boret er i lagrekken. Nå for tiden borer man ofte horisontalt langs en reservoarbergart, og da kan det sitte en paleontolog på plattformen som ser på steinbitene som kommer opp. Hvis fossilene blir for gamle, er det på tide å styre borekronen oppover! Uten biostratigrafien hadde vi ikke visst noe særlig om jordas historie. Biostratigrafi er en av disse rare spesialvitenskapene som kan virke sære, men som vi ikke klarer oss uten hvis vi skal forstå verden.

Dactylioceras commune, Yorkshire, England. Denne ammonitten finnes bare i lagene som heter commune-undersonen i bifronssonen, nedre jura, ca. 181–180 millioner år siden. Ca. 7 cm i diameter. Foto: Øyvind Hammer Dactylioceras commune, Yorkshire, England. Denne ammonitten finnes bare i lagene som heter commune-undersonen i bifronssonen, nedre jura, ca. 181–180 millioner år siden. Ca. 7 cm i diameter. Foto: Øyvind Hammer

 

Tema