25. Jul. 2018
Die höllische Phase des Hadaikums währte wohl nur sehr kurz.

Die höllische Phase des Hadaikums währte wohl nur sehr kurz.

Die Startphase unseres Planeten kurz nach seiner Zusammenballung ist gleichermaßen entscheidend wie rätselhaft. Einerseits wurden in diesem Zeitraum die Weichen für das heute so einzigartige Zusammenspiel von belebter und unbelebter Materie gestellt, andererseits ist aus diesen ersten Jahrhundertmillionen nichts zurückgeblieben als ein paar winzige Mineralkörner. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten Forschende der Universität Chicago von Hinweisen auf kontinentale Kruste schon sehr früh in der Jugend unseres Planeten.

Die "höllische" Phase der jungen Erde scheint schneller zu Ende gegangen zu sein, als das traditionelle Bild der Planetenentstehung nahelegt. Nachdem bereits vor Jahren die ersten Indizien auftauchten, dass es bereits wenige Dutzend Millionen Jahre nach der Geburt des Planeten flüssiges Wasser an seiner Oberfläche gegeben haben dürfte, präsentiert ein Forschungsteam jetzt in den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften Hinweise, dass schon nach 350 Millionen Jahren so etwas wie Plattentektonik in Gang kam.  Bislang wurde angenommen, dass die Bewegung der Krustenplatten über die Erdoberfläche und die sie antreibenden Konvektionswalzen im Erdmantel erst vor rund 3,9 Milliarden Jahren einsetzten. "Unser Befund verändert die traditionelle Sicht, dass die Erdoberfläche für mehr als 500 Millionen Jahre heiß, trocken und 'höllisch' war", betont Patrick Boehnke, Wissenschaftler an der Universität Chicago und Hauptautor der Studie.

Im Norden der Hudson Bay in der kanadischen Provinz Quebec findet man 3,8 Milliarden Jahre alte Gesteine des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels.

Im Norden der Hudson Bay in der kanadischen Provinz Quebec findet man 3,8 Milliarden Jahre alte Gesteine des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels.

Bild: Universität Chicago/Elizabeth Bell
Der CHILI-Detektor (Chicago Instrument for Lase Ionization) kann selbst winzigste Spuren analysieren.

Der CHILI-Detektor (Chicago Instrument for Lase Ionization) kann selbst winzigste Spuren analysieren.

Bild: Universität Chicago/Thomas Stephan
1 / 2

Im Norden der Hudson Bay in der kanadischen Provinz Quebec findet man 3,8 Milliarden Jahre alte Gesteine des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels.

Bild: Universität Chicago/Elizabeth Bell

Der CHILI-Detektor (Chicago Instrument for Lase Ionization) kann selbst winzigste Spuren analysieren.

Bild: Universität Chicago/Thomas Stephan

Boenke und sein Team stützen ihren Befund auf Zirkone, winzig kleine und extrem dauerhafte Mineralkörner, die die Umstände ihrer Entstehung für die Ewigkeit speichern. "Sie sind so etwas wie Zeitkapseln", erklärt Mitautor Andrew Davis, Professor an der Universität Chicago. Diesmal stammen sie allerdings nicht aus den westaustralischen Jack Hills, sondern aus Nuvvuagittuq im Norden der kanadischen Provinz Quebec. Die "Zeitkapseln", die Boenke, Davis und ihre Forschungsgruppe analysierten, sind selbst mit nur 3,8 Milliarden Jahren gar nicht so alt. Allerdings enthalten sie winzige Einschlüsse des Kalkminerals Apatit, die Informationen über viel frühere Zeiten enthalten.

"Die 3,8 Milliarden Jahre alten Gesteine haben die Isotopensignatur von mehr als 4,2 Milliarden Jahre altem Material mit sehr hohem Quarzanteil 'geerbt‘“, schreiben sie in ihrem Bericht. Der hohe Quarzanteil ist der Hinweis auf kontinentale Kruste. Konkret geht es um das Verhältnis der Strontium-Isotope Strontium-87 und Strontium-86. In den Apatit-Einschlüssen ist auffällig viel vom schwereren Strontium-87 enthalten, und das liefert eben den Schlüssel für die Beschaffenheit der Erdoberfläche von vor über 4,2 Milliarden Jahren. Strontium-87 entsteht durch den radioaktiven Zerfall von Rubidium-87 und der einzige Weg, um dieses radioaktive Element in der Erdkruste anzureichern, ist die Produktion von kontinentaler Kruste. Das ist ein komplexer Prozess, bei dem einfache Basaltkruste, wie sie etwa als Abkühlungshaut auf einem Magmaozean schwimmen würde, mehrfach im Erdmantel überarbeitet wird.

Nach derzeitigem Stand der Forschung ist die Zuordnung von erhöhtem Gehalt an Strontium-87 zu kontinentaler Kruste eindeutig. Was der Befund allerdings nicht sagt, ist, ob diese infolge von Plattentektonik, wie wir sie heute kennen, entstand. Schon lange diskutieren Fachgrößen der frühen Erde darüber, wie die gewaltigen Konvektionsströme im Erdmantel einsetzten, die für die Bewegung an der Oberfläche sorgten. Möglicherweise gab es über lange Zeit eher exotische Mechanismen, mit denen der junge Planet seine innere Hitze abführte.