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Weg eines Planeten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 15.01.2013 11:02

Unser Planet hat von seinen glutheißen Anfängen bis heute einen langen Weg hinter sich gebracht - einen Weg, über den wir über weite Strecken hinweg wenig wissen, denn die Plattentektonik und ihre Vorläufer haben die meisten Spuren schon längst wieder verwischt. Allerdings arbeiten die Geologen mit Hightech und Modellrechnungen intensiv daran, den Wandel der Erde zu rekonstruieren. Ein Archaikums-Experte aus Australien hat jetzt versucht, Stationen aus der besonders nebulösen Frühzeit unseres Planeten zu identifizieren.

Hier in den Jack Hills wurden die ältesten Kristalle der Welt gefunden. (Foto: Dagmar Röhrlich) "Wir sind belastet von diesem historischen Konzept, dass das Archaikum einheitlich war", wundert sich Martin van Kranendonk, Geologieprofessor an der Universität von New South Wales in Sydney, "es war aber keine einheitliche Periode über zwei Milliarden Jahre Erdgeschichte hinweg, sondern eine sehr dynamische Zeit." Tatsächlich haben Kranendonk und sein Kollege Chris Kirkland, Geochronologe beim Westaustralischen Geologischen Dienst, Anzeichen für einen Umbruch mitten im Archaikum gefunden. Indizien dafür fanden die Forscher im Pilbara, im westaustralischen Outback, wo sich Abfolgen aus dieser Zeit erhalten haben: Danach setzte vor rund drei Milliarden Jahren die Plattentektonik ein - und damit der Mechanismus, mit dem die Erde bis heute hin ihre innere Hitze los wird.

Olympus Mons ist der höchste Berg des Sonnensystems. (Bild: Esa/HRSC)Die stammt einmal aus ihrer Entstehungszeit, als die Erde durch zahllose Kollisionen aus Planetenkeimen gewachsen ist, und zum anderen aus dem Zerfall radioaktiver Elemente. In seiner Frühzeit scheint der Planet deshalb regelrecht zu "brodeln". "In unserer Pilbara-Abfolge sieht es so aus, als ob sich die Erdkruste in der Zeit vor drei Milliarden Jahren über einem aufwallenden Mantel gebildet hat, und zwar durch einen sehr ausdauernden und starken Vulkanismus", erläutert Martin van Kranendonk. Diese Art der Hitzeabfuhr durch kleinräumige und sehr heftige Aufwallungen war damals nicht selten im Sonnensystem: Analog dürfte nach Kranendonks Ansicht etwa der größte Vulkan des Sonnensystems, Olympus Mons auf dem Mars, entstanden sein, auch die Venus weist vergleichbare Strukturen von Lavadomen auf. Vor drei Milliarden Jahren ändert sich auf der Erde aber das im Gestein erstarrte Bild. Struktur und Geochemie sehen viel eher so aus, wie das, was die heutige Plattentektonik mit ihren Spreizungs- und Subduktionszonen produziert. "Damals scheint es eine fundamentale Veränderung in der Funktion des Planeten gegeben zu haben", so Kranendonk, "vorher war die Erde sehr heiß und wir hatten die kleinräumigen Konvektionszellen des Mantels, der kühlte mit der Zeit aus und auch die Erdkruste wurde steifer und kälter, und damit konnte die Subduktion mit großen Platten einsetzen, die bis zur Kern-Mantel-Grenze hinabgleiten können." 

Mit dem Auftauchen dieser Platten und ihrer Bewegung über die Erdoberfläche hinweg, setzte eine weitere Entwicklung ein: "Wenn man so will, der 'Walzer der Kontinente', wie ihn manche Leute nennen, der Superkontinent-Zyklus", erklärt van Kranendonk. Insgesamt sechs dieser Superkontinente könnte es gegeben haben. Ur und Vaalbara heißen die beiden ersten, deren Existenz kaum belegt und deshalb eher hypothetisch ist. Sie sollen sich bereits kurz nach dem Beginn der Plattentektonik gebildet haben. Der bislang jüngste ist Pangaea, der vor rund 200 Millionen Jahren auseinanderzubrechen begann. 300 bis 500 Millionen Jahre sollen die Zyklen von einem Superkontinent zum nächsten dauern. Der nächste Superkontinent, auf den unsere derzeitige Festlandskonfiguration zusteuert, liegt also in einer selbst für geologische Begriffe fernen Zukunft, dennoch haben ihm die Geowissenschaftler schon Namen wie Amasia oder Pangaea Ultima gegeben.

Der Weg nach Amasia. Wie die Kontinente in 100 Millionen Jahren liegen werden. (Bild: Nature/Ross Mitchell)Die Diskussion über die Superkontinente ist heftig, was auch daran liegt, dass die Datengrundlage für viele von ihnen dürftig ist. Neben Pangaea sind eigentlich nur dessen unmittelbare Vorgänger Pannotia und Rodinia etwas besser fassbar. "Deshalb haben wir uns gefragt, ob wir in den geochemischen Datensätzen nicht Hinweise auf diesen Superkontinentzyklus finden", meint Martin van Kranendonk. Und tatsächlich wurden er und Chris Kirkland fündig: "Wir suchten in Zirkonen aus Graniten rund um die Welt und schauten uns dort das Verhältnis verschiedener Isotopen an, die uns einen Fingerabdruck der jeweils herrschenden Bedingungen liefern", erläutert der Geowissenschaftler. Darin fanden Kranendonk und Kirkland auffällige Muster, die sich mit dem Superkontinent-Zyklus synchronisieren lassen. Außerdem legen diese geochemischen Tracer nahe, dass die Erde in ihrer tektonischen Entwicklung vor rund einer Milliarde Jahre so etwas wie einen Höhepunkt erreicht hat. Damals entstand ein Gebirgsmassiv, das 800 Kilometer weit und bis zu 20.000 Kilometer lang wurde - das größte Gebirge, das es jemals auf der Erde gegeben hat. "Seit einer Milliarde Jahre, als sich der Superkontinent Rodinia gebildet hatte, fallen alle geochemischen Tracer ab", resümiert van Kranendonk die Zeit seither, "für den Lebenszyklus der Erde bedeutet das wohl, dass die Zeit vor einer Milliarde Jahre so etwas wie das Optimum in der tektonischen Geschichte unseres Planeten darstellt."