Den första klimatkatastrofen kvävde livet i havet

Fem gånger under jordens historia har djurlivet närmast utplånats. Det allra första massutdöendet ägde rum kort efter att de moderna djuren hade utvecklats. På den tiden, i tidsperioden ordovicium för 440 miljoner år sedan, låg kontinenterna öde och alla stora livsformer fanns i haven. Vi kan se spår av katastrofen dels som fossilrika band i gammal havsbotten, där många djur begravdes samtidigt, dels genom att många fossil helt enkelt upphör att finnas bland de bevarade från tiden för katastrofen. Det ordoviciska utdöendet är också det mest mystiska. Många pusselbitar måste läggas för att skapa en sammanhängande bild av orsak och verkan. Numera vet vi till exempel att kyla, som länge framhölls som förklaring till det plötsliga utdöendet, inte kan ha legat bakom. På den tiden var jorden varm. Ett extremt växthusklimat, med uppåt tio gånger mer koldioxid i atmosfären, gav långt varmare havsvatten än i dag. Därför kunde den tillfälliga sänkning av jordens temperatur, som då skedde, på sin höjd bara medföra att hettan blev lite mindre tryckande. Att det blev kyligare berodde på att ett omfattande istäcke växte till på superkontinenten Gondwanaland vid sydpolen. Ganska nyligen har vi förstått att istäcket omväxlande växte och krympte under tiotals miljoner år, utan att orsaka någon stor katastrof för djurlivet på jorden. Det är dessutom svårt att se varför så många djur skulle dö om det bara blev lite svalare. Under den senaste istiden sjönk temperaturen ungefär lika mycket, och temperaturerna var allmänt lägre, utan att djur dog ut i någon större omfattning. En annan orsak till utdöendet har debatterats i decennier – att det plötsligt blev för mycket syre i haven. Det vittnar de flesta havsbottnarna om, de är grå i stället för svarta, vilket innebär att det svarta kolet i dem måste ha brutits ner och försvunnit. Enda förklaringen är att kolet oxiderades – bildade syreföreningar – vilket kräver ett syrerikt hav. Idén om att havsmiljön innehöll mycket syre har också fått stöd av föreställningar om hur havsdjuren dött ut. Det låter kanske märkligt, eftersom alla djur behöver syre för sin överlevnad. Så det är svårt att förstå hur lite mer syre skulle få dem att dö. Men en del forskare menar att vissa djur sökte skydd i havets halvdåliga syreförhållanden, och dog av att syrerikt vatten blev giftigt för dem. Andra forskare hävdar, tvärtom, att vattnet var giftigt för att det var fattigt på syre, snarare än rikt. Vad som talar för detta är att många av de marina leddjur, trilobiter, som försvann i början av massutdöendet, hade larver som svävade med djupa havsströmmar. Arterna skulle alltså dö ut när deras larver inte överlevde de syrefria förhållandena. Paradoxerna har länge hållit gåtan olöst. Främst för att de gråa havsbottnarna har talat sitt tydliga språk om att haven innehöll mer syre efter än före katastrofen. Ända tills nu. Nyligen har vi hittat nya ledtrådar som trots allt pekar ut syrebristen som boven i dramat, även om det inte riktigt var så enkelt att få fatt i bevisen som vi kanske skulle ha önskat. Vi vet att katastrofen pågick i en miljon år, vilket är blixtsnabbt i geologiska sammanhang. Vi vet också att den skedde i två omgångar. Först dör de frisimmande djuren och de djur som lever djupt i haven. I nästa etapp, ungefär en halv miljon år senare, dör överlevarna, främst på grunt vatten. Dessa två akter i dramat är också kopplade till extrema förändringar i världshavens vattennivå. Att nivån kunde sjunka 100 meter för att sedan höjas igen var ett verk av glaciären på Gondwanaland. Kopplingen mellan förändringar i havsnivåerna och utdöendets två etapper gav oss ett par första ledtrådar till att något dramatiskt skedde i vattnets sammansättning. Kanske var det just då som vattnet blev giftigt. För att komma vidare med det ordoviciska utdöendet stod hoppet till vad vi kunde hitta i den tidens havsbottnar. Under de 440 miljoner år som havsbottnarna legat orörda har de förvandlats till bergarten skiffer och flyttat sig till helt andra breddgrader. Runtom i världen, i Skottland, Österrike, på Bornholm och i Kina har geologer hackat och borrat i bergen på jakt efter just denna skiffer, för att kunna få en global bild av vad som hände. Efter många rundor med att vaska fram metaller, svavel, kol och andra ämnen, liksom otaliga diskussioner om hur resultaten ska tolkas, talar nu den tysta havsbotten till oss. Sammantaget avslöjar kemin att syrebristen var avgörande för att så många havslevande djur mötte sin undergång. Spåren i den här historien är visserligen fortfarande motsägelsefulla. Å ena sidan pekar fynden av metaller, som järn och molybden, på att syrebristen utvecklades i haven strax före utdöendet. Å andra sidan vittnar skiffern, som skiftat från kolsvart till grå, om att haven var rika på syre. Det är märkligt. Det kan inte ha varit både för mycket och för lite syre i havet på samma gång. Gåtans lösning hittade vi hos ett helt annat spårämne i sammanhanget – svavel. Vi kan se att i början av utdöendet, när skiffern på havsbottnen är grå, är det svavel som bevaras i havsbottnarna – ovanligt tungt svavel över hela jorden. Detta svavel innehåller två extra neutroner i atomkärnan och är därför tyngre än den svavelform som är allra vanligast. När det saknas syre frodas mikroorganismer i havet som andas svavel för sin ämnesomsättning. Och de andas ut gasen som luktar som ruttna ägg, vätesulfid, vilken tillsammans med järn bildar det guldglänsande mineralet pyrit, eller svavelkis. Bakterierna andas helst det lätta svavlet, först när detta försvinner får det tunga duga. Det rör sig om minimala viktskillnader i pyritens svavel, men med dagens teknik kan vi se att i utdöendets första fas blev svavlet i pyriten markant tyngre över hela jorden samtidigt. Att vi bara hittar det tunga svavlet innebär att haven till stor del har tömts på syre. Detta gynnade bakteriernas vilda kalas på svavel, först det lätta och senare det tunga svavlet, så att allt mer pyrit gömdes undan i havsbotten. I årtionden har den gråa skiffern lurat oss att tro att det alltjämt fanns mycket syre i haven. Det kan bero på att de svarta, kolrika sedimenten, som visar på syrefritt vatten, är dåligt bevarade. Kanske fanns de där från början men vittrade sönder eller flyttades undan när kontinenterna rörde sig. Syrebrist ger också en mer logisk förklaring till hur det gick till när djuren dog ut. Först, tror vi, utplånades de frisimmande djuren och djuren i havens djup i och med att havsnivån sjönk. Djuren som levde på grundare vatten klarade sig ända tills havsnivån höjdes igen och det syrefria vattnet strömmade upp på kontinentalsockeln. Men vad utlöste syrebristen? En anledning var nog just att havsnivån sjönk med hela 100 meter, vilket förmodligen var en av de största skillnaderna i vattennivå i jordens historia. De forskare som har funderat på vad som händer i havet när havsnivån sjunker så dramatiskt menar att kolets kretslopp då förändras, vilket leder till akut syrebrist. Själva förloppet sker i flera steg. För det mesta är haven fattiga på näring, förutom i kustområden där fosfor, järn och andra ämnen rinner ut i vattnet. Där frodas liv. När havens plankton, växter och djur sedan dör så begravs de nära kusten. Den döda biomassans väg genom det grunda vattnet ner mot botten är där så kort att bakterier inte hinner äta upp allt kol innan det begravs. När havsnivån sjunker, försvinner stora ytor av de grunda kustområdena. Då återstår en längre väg för biomassan att falla ner mot havsbotten, och mikroorganismerna i vattnet hinner omvandla mer kol till andra ämnen. Även fosfor från den döda biomassan hinner återanvändas och blir till extra gödningsmedel för algerna. Ju mer alger det är, desto mer syre går det åt för att bryta ner deras biomassa som hamnat på havsbotten. Det känner vi igen från Östersjön, där algblomning blir ett problem under varma somrar då syret försvinner från havet. Till råga på allt frigörs också ännu mer fosfor från syrefria havsbottnar vilket ger ytterligare näring till algblomning. Lägre vattennivå hotar alltså syresättningen i havet. Det var inte bara havsnivåerna, syret i haven och de nyutvecklade djurens historia som var märkligt dramatiska på jorden under ordovicium. Hela globens geologi var märkbart livaktig. Jordens ovanligt aktiva kärna tryckte förmodligen upp djuphavsbotten underifrån vilket fick fart på kontinenterna, som flyttade sig snabbare än vanligt och krockade med varandra. Även vulkanutbrotten tilltog över hela jordklotet. Den vulkaniska aktiviteten syns i ett metertjockt lager av gammal vulkanaska från tiden före utdöendet. Det täcker hela USA och är massivare än andra fynd från både tidigare och senare perioder i jordens stenbibliotek. I dag är askan sammanpressad till bentonit, så lagret med aska måste ha varit ännu tjockare när det avsattes på havets botten. Små och stora asklager som bildades i samband med det ordoviciska utdöendet har även hittats i Kina, Storbritannien och Skandinavien. Högst upp på Kinnekulle i Västergötland finns lite av detta tjocka bentonitlager kvar från den tiden. Vulkanutbrott påverkar jordens klimat på flera sätt. Sotpartiklarna reflekterar solljuset och ger kallare klimat, koldioxiden ligger bakom den värmande växthuseffekten, svavelgaserna orsakar surt regn. Järn och fosfor som vulkanerna spyr ut ger näring till algerna i havet. Med en från början låg syrehalt i luft och hav, och den påföljande ordoviciska geologiska kalabaliken, behövdes det kanske inte så mycket extra konsumtion av syre innan haven till stora delar blev syrefria. Med ödesdigra följder för djurlivet över hela jorden. Fast varför växte glaciären så mycket, och varför krympte haven så dramatiskt? Det är det ingen som vet. Var det kanske för att landväxterna hade börjat kolonisera kontinenterna? Kanske. En brittisk forskargrupp menar att det var just växternas förmåga att få berg att vittra som bidrog till att istäcket kunde växa sig tjockt och stort. När berg vittrar förbrukas koldioxid, och lägre koldioxidhalt i atmosfären ger i sin tur ett kallare klimat. Vi vet också att den nedåtgående spiralen med mer fosfor, starkare algblomning och syrebrist inte kan pågå för evigt. Efter en viss tid på högväxel återkommer balansen. När mycket kol begravs i havsbotten bunkras alltmer syre i atmosfären, i stället för att förbrukas när kolet bryts ner. Så syrefria förhållanden och gömmor av kol på havsbotten motverkas när syrehalten så småningom åter börjar tillta i atmosfären och i haven. Efter en tid höjdes också havsytan igen, vilket tog bort mekanismen för övergödning. Livsvillkoren började långsamt bli bättre. Men då fanns det inte många djur kvar på jorden. Det tog ett par årmiljoner för livet att återfödas. Nya arter från i stort sett samma slags djurgrupper som före katastrofen dök upp. Leddjur hämtade sig, men inte samma trilobiter. Endast tre arter av graptoliter, ett slags kolonilevande filtrerare som svävade i havsvattnet, överlevde, och från dem utvecklades flera nya arter. Korallreven kom så småningom tillbaka, och djur tog sina första steg upp på land. Livet fann nya former och vägar under de kommande 65 miljoner åren, fram till nästa stora massutdöende. I slutet av tidsperioden devon, för 375 miljoner år sedan, drabbas djur och växter återigen av krävande utmaningar: havsnivåer som åker som en jojo upp och ner, syrefria vatten och ännu inte helt begripliga nycker i jordens klimathistoria.