Med fötterna på jorden

När det gäller kunskap om vår egen lilla plätt i universum, Jorden, har vi möjlighet till direktobservation på nära håll. Trots detta var frågor om vår planets utveckling och plats i universum länge obesvarade, konstaterar Sten Niklasson.

Mycket av intresset kring dessa frågor koncentrerades på dess ålder. Många kände sig kallade att finna svaret.

Under 1800-talet var det högsta mode bland många välbärgade och naturintresserade personer i Europa att samla bergarter, mineral och fossil. Några av de ivriga samlarna skulle lämna bestående bidrag till det som först senare skulle bli en egen vetenskaplig disciplin under namnet geologi.

Skotten James Hutton var en av de ledande gestalterna i den brittiska ”Ostronklubben”, där berömdheter som Adam Smith, David Hume, James Watt med flera tillbringade kvällarna med diskussioner om allt under solen. Hutton publicerade 1785 ett långt dokument, i vilket han hävdade att hettan i Jordens innandöme gav upphov till rörelser i jordskorpan, som skapade nya bergskedjor. Tyvärr var dokumentet, liksom det mesta han skrev, så gott som obegripligt. Men lyckligtvis förstod Huttons gode vän, matematikprofessorn John Playfair, vad han försökte säga och författade 1802 en förenklad version av det i grunden banbrytande verket.

Några år senare bildade ett dussintal likasinnade engelsmän en middagsklubb, kallad The Geological Society. Medlemskapet växte snabbt och omfattade 1830 hela 750 personer. En av grundarna hette James Parkinson. Denne märklige man misstänktes för delaktighet i en galen plan som gick ut på att med en förgiftad pil ta livet av George III när kungen besökte en teaterföreställning. Efter att med en hårsmån ha undsluppit fångskeppen till Australien, författade den stenintresserade Parkinson en bok med titeln Organic Remains of a Former World, som blev mäkta populär. Han är emellertid för nutida människor mest känd för att ha beskrivit den neurologiska sjukdom som bär hans namn.

Den mest inflytelserike av alla dessa entusiastiska stensamlare blev Charles Lyell, som gav upp en lovande juristkarriär för att i stället studera geologi. Under åren 1831-1833 publicerade han sin berömda Principles of Geology i tre volymer. Den kom ut i hela tolv upplagor under Lyells egen livstid och ingick i Darwins bibliotek under resan med Beagle.

Efter många och heta inbördes kontroverser lärde sig geologerna att placera fossilmaterial i någorlunda ordning efter uppskattad ålder. Problemet var att bestämma hur långa de olika tidsperioderna varit och därmed närma sig svaret på frågan hur gammal Jorden är.

Redan 1650 hade den myndige ärkebiskopen James Ussher i Irland efter intensiva bibelstudier dragit slutsatsen att Jorden hade skapats vid middagstid den 23 oktober 4004 f. Kr. Trovärdigheten i detta påstående minskade med åren, och många försök gjordes att bevisa dess oriktighet. Bland de mera bisarra var de experiment som utfördes av den franske greven de Buffon på 1770-talet. Denne utgick från teorin att Jordens inre består av metall samt det faktum att planeten avger betydande mängder värme. Genom att hetta upp metallbollar och sedan mäta den tid det tog för dem att återta normaltemperatur, ansåg sig greven kunna fastställa Jordens ålder till mellan 75 000 och 168 000 år.

I sin berömda On the Origin of Species hävdade Darwin nästan ett helt sekel senare att ett område i södra England hade börjat bildas 306 662 400 år tidigare. Den märkvärdigt exakta uppgiften blev så kontroversiell att Darwin tvingades ta bort den ur bokens tredje upplaga.

Nästa försök gjordes av irländaren William Thomson, senare känd som lord Kelvin. Denne vetenskapsman, som redan vid tio års ålder (!) antagits till Glasgows universitet, var en av 1800-talets mest framstående tänkare. Han formulerade ett antal revolutionerande idéer beträffande termodynamik, elektromagnetism och ljus. Hans uppskattningar av Jordens ålder var inte mindre utmanande och reviderades under hans karriär från ett maximum av 400 miljoner till 24 miljoner år.

Förvirringen var omfattande ända tills Henri Becquerel i Paris av en slump gjorde en avgörande upptäckt år 1896. Han hade förvarat ett litet paket med uranhaltiga salter i en låda, där det också låg en i ljustätt papper inslagen fotografisk plåt. När han skulle använda plåten, såg han att den hade påverkats ungefär som av ljus och drog slutsatsen att saltet utsänt någon slags annan strålning som trängt igenom det svarta omslaget. Becquerel bad en av sina studenter undersöka saken. Hon hette Marie Curie.

Marie fann att vissa sorters stenar gav ifrån sig stora mängder energi. Hon döpte effekten till ”radioaktivitet”. Hon och maken Pierre skulle ägna resten av sina liv åt det besynnerliga fenomenet. De fann under sitt arbete två nya grundämnen – polonium (döpt efter Maries hemland Polen) och radium. Pierre visade efter några år tecken på det vi idag kallar strålningssjuka men slapp en lång och plågsam död. Han avled efter att ha blivit överkörd av en vagn, när han skulle korsa en gata i Paris.

Marie blev den enda kvinna som belönats med två Nobelpris, i fysik 1903 och i kemi 1911. Däremot blev hon inte invald i den franska vetenskapsakademin, sannolikt på grund av en skandalomsusad kärleksaffär med en gift kollega efter maken Pierres död. Hon dog i leukemi 1934 efter att under lång tid ha utsatt sig för höga doser radioaktiv strålning. Hennes efterlämnade laboratoriejournaler, ja, till och med hennes privata kokböcker, är fortfarande så kontaminerade att de måste förvaras i blyfodrade lådor.

Det var en klurig bondpojke från Nya Zeeland vid namn Ernest Rutherford som i vuxen ålder skulle komma på en praktisk tillämpning av Becquerels och Curies upptäckter. Han observerade att det alltid tog exakt lika lång tid för samma radioaktiva ämne att sönderfalla till hälften och drog slutsatsen att detta sönderfall skulle kunna utnyttjas som en tillförlitlig tidmätare. Genom att mäta hur mycket strålning ett visst ämne avger vid mättidpunkten och hur snabbt det sönderfaller, borde man via baklängesräkning kunna bestämma dess ålder. Rutherford presenterade sina resultat 1904, men ingen fäste något större avseende vid dem förrän fyrtio år senare, då en grupp forskare vid Chicagos universitet började utveckla avancerade metoder för åldersbestämning.

En av dessa forskare, Willard Libby, skulle föräras ett Nobelpris för sin upptäckt att alla levande organismer innehåller en kolisotop, kallad kol-14, som börjar sönderfalla till kväve när organismen dör. Eftersom dess halveringstid är 5 370 år, blev metoden att mäta sönderfallet ovärderlig för arkeologerna. Metoden visade sig emellertid ha begränsningar. Den kunde inte med rimliga krav på precision användas på material äldre än ca 40 000 år, och den inte gick att använda på oorganiska ting som flertalet bergarter, vilket ju är olyckligt om man är ute efter att fastställa Jordens ålder. Hade det inte varit för en envis och ödmjuk engelsk professor i geologi vid namn Arthur Holmes, hade ovissheten bestått.

Holmes levde i en tid på 1940-talet, då geologi blivit en eftersatt vetenskap. Han tvangs ibland lämna sitt universitet i Durham för att få ihop till familjens levebröd. Under en tid drev han en kuriosaaffär i Newcastle för att klara sin försörjning. Men till slut kunde han 1946 meddela att han genom att mäta urans omvandling till bly lyckats bestämma Jordens ålder till minst 3 miljarder år.

Att slutligt fastställa när vår planet bildats skulle tillkomma en annan bondson, Clair Patterson från Iowa. Han utnyttjade en ny metod för att beräkna förekomsten av blyisotoper i eruptiva eller vulkaniska bergarter. Men problemet var att hitta lämpliga bergarter. Pattersons genidrag var att i stället använda meteoritmaterial, eftersom meteoriter är material från rymden som blivit över från solsystemets tillkomst. Deras kemiska sammansättning borde kunna ge ledtrådar också beträffande Jorden. Efter sju års träget och enformigt arbete och med hjälp av en masspektrograf kunde Patterson 1953 meddela omvärlden att Jorden bildades för 4,550 miljoner år sedan. Siffran står sig någorlunda än idag.

Sten Niklasson är författare och tidigare generaldirektör