Om vi ​​inte var den första industriella civilisationen på jorden, skulle vi någonsin veta det?

Silurianerna är en art av ödlliknande varelser som dök upp i science fiction-tv-serien Dr. Who . De uppnådde industriell expertis för cirka 450 miljoner år sedan, långt innan människan utvecklades på jorden.

Silurerna är så klart fiktiva. Men tanken på avancerat förhistoriskt liv är spännande och väcker en mängd intressanta frågor. Inte minst av dessa är detta: om en industriell civilisation hade funnits i det förflutna, vilka spår skulle den ha lämnat?

Idag får vi svar tack vare Gavin Schmidt vid NASA Goddard Institute for Space Studies i New York city och Adam Frank vid University of Rochester. Dessa killar har ett namn för idén om att en industriell civilisation kan ha föregått mänskligheten: den siluriska hypotesen. De studerar signaturen som vår egen civilisation sannolikt kommer att lämna bakom sig och frågar sig om den kommer att kunna upptäckas om miljoner år från nu. Deras slutsats är att vår sannolika påverkan på planeten kommer att vara påtaglig men på något sätt svår att skilja från olika andra händelser i det geologiska dokumentet.

Deras arbete har några intressanta implikationer för hur vi bör studera jorden och vilken inverkan vi har på den. Forskningen bör också hjälpa astrobiologer att bestämma vad de ska leta efter någon annanstans i universum.

Schmidt och Frank börjar med att redogöra för hur lite vi vet om den antika jorden. Den äldsta delen av jordens yta är Negevöknen i södra Israel, som är 1,8 miljoner år gammal. Äldre ytor finns endast i utsatta områden eller till följd av gruv- och borrverksamhet. Med tanke på dessa begränsningar, bevis på aktivitet av Homo sapiens sträcker sig cirka 2,5 miljoner år tillbaka – inte riktigt så långt i geologiska termer.

Havsbotten är också relativt ung, eftersom havsskorpan ständigt återvinns. Som ett resultat härstammar allt havssediment efter juraperioden och är därför mindre än 170 miljoner år gammalt.

Hur som helst, säger Schmidt och Frank, är den del av livet som blir fossiliserad liten. Dinosaurier strövade omkring på jorden i cirka 180 miljoner år, och ändå existerar bara några tusen nästan kompletta exemplar. Moderna människor har funnits i bara några tiotusentals år. Arter lika kortlivade som Homo sapiens (än så länge) kanske inte alls finns representerade i det befintliga fossila rekordet, säger Schmidt och Frank.

Hur är det med mänskliga artefakter – vägar, byggnader, burkar med bakade bönor och kiselchips? Även dessa kommer sannolikt inte att överleva länge, eller att hittas även om de gör det. Det nuvarande urbaniseringsområdet är mindre än 1 % av jordens yta, påpekar forskarna.

Vi drar slutsatsen att för potentiella civilisationer äldre än cirka 4 miljoner år är chanserna små att hitta direkta bevis på deras existens via föremål eller fossiliserade exempel på deras befolkning, säger de.

Men det finns en annan typ av bevis: vår civilisation lämnar också ett kemiskt fotavtryck.

Schmidt och Frank är intresserade av industrisamhällen, som de definierar som sådana som kan utvinna energi från miljön. Enligt denna definition har mänskligheten varit industriell i cirka 300 år. Sedan mitten av 1700-talet har människor släppt ut över 0,5 biljoner ton fossilt kol via förbränning av kol, olja och naturgas, säger Schmidt och Frank.

Det har haft en betydande inverkan på planeten. Eftersom allt detta kol ursprungligen var biologiskt, innehåller det mindre kol-13 än den mycket större poolen av oorganiskt kol. Att släppa den ändrar därför förhållandet mellan C-13 och C-12, en signatur som borde synas i det geologiska dokumentet.

Temperaturökningen som orsakas av detta kolutsläpp är cirka 1 °C. Även detta borde ha en observerbar signatur: hur det förändrar den isotopiska rationen av syre-18 i karbonater. Jordbruk och kvävekretslopp i gödselmedel förändrar också kvävets isotopsignatur.

Jordbruk och avskogning ökar både jorderosion, liksom ökad nederbörd på grund av den globala uppvärmningen. Så havets sediment borde också förändras, tack vare eroderad jord som sköljs ut i havet.

Utöver allt detta har användningen av metaller som bly, krom, rhenium, platina och guld ökat tack vare gruvverksamhet. Och dessa kommer förmodligen att spolas ut i havet i högre takt än före industrialiseringen.

Människor förändrar också fossilregistret. Det har skett en utbredd ökning av smådjur som möss och råttor. Det borde märkas, liksom den ökade utrotningshastigheten för andra arter. Stora däggdjursutrotningar som inträffade i slutet av den senaste istiden kommer också att förknippas med antropocenens början, säger Schmidt och Frank.

Sedan är det kemikalierna vi gör. Mänskligheten har släppt ut stora volymer syntetiska klorerade föreningar i miljön, tillsammans med enorma volymer plast. Hur länge dessa kemikalier eller deras dotterprodukter kommer att vara detekterbara är inte klart.

Det finns till och med möjligheten till en kärnvapensignatur, kanske från ett civilisationsslutande krig. Märkligt nog kanske effekterna av ett sådant krig inte varar länge i geologiska termer. Halveringstiderna för de flesta av dessa element är alldeles för korta för att vara relevanta på denna tidsskala.

Två möjliga undantag är plutonium-244, med en halveringstid på 80,8 miljoner år, och curium-247 med en halveringstid på 15 miljoner år. [Dessa] skulle vara detekterbara under en stor del av den relevanta tidsperioden om de deponerades i tillräckliga mängder, till exempel som ett resultat av ett kärnvapenbyte, säger forskarna.

Schmidt och Franks drar slutsatsen att mänsklighetens existens borde synas i det geologiska dokumentet. Det antropocena lagret i havssediment kommer att vara abrupt och multivariat, bestående av till synes samtidiga specifika toppar i flera geokemiska proxies, biomarkörer, elementär sammansättning och mineralogi, säger de.

Denna signatur kanske inte är unik. Forskarna har identifierat ett antal händelser i det geologiska dokumentet som liknar den påverkan människor har (se diagram). Till exempel inträffade en plötslig global förändring i kol- och syreisotopnivåerna för cirka 56 miljoner år sedan i en händelse som kallas Paleocen-Eocen Thermal Maximum.

Detta sammanföll med en stor ökning av kolhalterna och en temperaturhöjning på mellan 5 och 7 °C under en period av 200 000 år eller så, en ren nysning i geologiska termer.

Ingen vet vad som orsakade denna händelse, men en idé är att magmatisk bergart i Nordatlanten vid denna tid expanderade till organiskt sediment, värmde upp det och släppte ut kol. Denna nordatlantiska magmatiska provins blev senare Island och relaterade landmassor.

Det är inte den enda oförklarade förändringen i den geologiska signaturen. Många andra förändringar i temperatur, kolavlagringar, salthalt i havet och så väntar på förklaring. Det finns otvivelaktiga likheter mellan tidigare plötsliga händelser i det geologiska dokumentet och den troliga antropocena signaturen i det geologiska dokumentet som kommer, säger Schmidt och Frank.

Naturligtvis indikerar ingen av dessa händelser närvaron av en tidigare industriell civilisation. Den siluriska hypotesen kan inte betraktas som sannolik bara för att ingen annan giltig idé presenterar sig själv, säger Schmidt och Frank, som är angelägna om att avvärja obegränsad spekulation.

Ändå väcker deras arbete några spännande frågor och pekar på värdet av ytterligare forskning om hur länge syntetiska föreningar kommer att överleva i miljön. Vi rekommenderar ytterligare syntes och studier om beständigheten hos unika industriella biprodukter i havssedimentmiljöer, säger Schmidt och Frank och tillägger: Finns det andra klasser av föreningar som kommer att lämna unika spår i sedimentgeokemin på mångmiljonårsperioder?

Det är intressant arbete skrivet i en underhållande tidning. Den utforskar en ovanlig idé som har potential att förändra vårt sätt att tänka om mänskligheten och placerar vår påverkan i ett bredare perspektiv. Det ger också en bakgrund för astrobiologer som studerar andra planeter.

Mars var en gång mycket blötare och varmare. Om det någonsin varit värd för ett industrisamhälle, kartlägger denna tidning några av de signaturer som kan dyka upp i det geologiska dokumentet där. Även Venus var ännu en gång gästvänlig. Sedan finns det Europas hav och i slutändan planeterna runt andra stjärnor.

Ändå kan vår industriella civilisation vara unik i universum. Men mycket mer spännande är möjligheten att det bara är en av många, kanske miljoner andra. Schmidt och Frank har lagt ut en del av grunden för att hitta dem.

Ref: arxiv.org/abs/1804.03748 : The Silurian Hypothesis: Skulle det vara möjligt att upptäcka en industriell civilisation i det geologiska dokumentet?

Dölj