Die Bewegungen der Erdkruste im Rahmen der Plattentektonik begannen schon vor vier Milliarden Jahren – und damit viel früher als bisher angenommen. Das belegen amerikanische Geowissenschaftler anhand von Mineralien aus der Frühzeit der Erde jetzt in der aktuellen „Nature“. Auch Wasser muss es damals schon reichlich gegeben haben.
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Die Erde ist rund 4,5 Milliarden Jahre alt. Bisher war unter den Geowissenschaftlern strittig, ob die Plattentektonik – die Bewegung der festen Teile der Erdkruste über dem geschmolzenen Inneren – erst vor rund 3,5 Milliarde Jahren begann oder möglicherweise doch früher. Jetzt haben Wissenschaftler der Universität von Kalifornien in Los Angeles den ersten Beweis erbracht, dass sich die Platten tatsächlich bereits deutlich früher bewegten.
Einschlüsse in Magma als Indizien
„Wir gehen davon aus, dass es schon in den ersten 500 Millionen Jahren der Erdgeschichte Plattentektonik gab”, erklärt Mark Harrison, Leiter des Instituts für Geophysik an der Universität von Kalifornien in Los Angeles. „Wir bringen nun den ersten Beleg dieses Phänomens.“ Die Forscher analysierten Zirkone aus Westaustralien, Mineralien, die im Inneren von geschmolzenen Gesteinen oder Magma gebildet werden. Mithilfe einer hochauflösenden Ionenmikrosonde beschossen sie die winzigen Mineralkörnchen mit einem Ionenstrahl, der widerum Ionen aus der Probe herausschlug. Diese herausgelösten Teilchen wurden dann im Massenspektrometer auf ihre chemische Zusammensetzung hin analysiert und per Isotopennalyse datiert.
Ungewöhnlich niedrige Entstehungstemperatur
Die Analyse ergab, dass einige der im Magma gefunden Zirkone mehr als vier Milliarden Jahre alt waren. Gleichzeitig fanden sich Hinweise darauf, dass sie in Regionen entstanden waren, die weitaus kühlere Temperaturen aufwiesen als es dem globalen Durchschnitt der damaligen Zeit entsprach. „Wir haben entdeckt, dass die Temperatur, zu der sich die Zirkone bildeten, konstant und sehr niedrig war“, so Harrison. „Niedriger als das kann man Magmen nicht erzeugen.“
Typisch für Plattengrenzen
„Der durchschnittliche globale Wärmefluss in den ersten 500 Millionen Jahren der Erde wird auf rund 200 bis 300 Milliwatt pro Quadratmeter geschätzt“, ergänzt Michelle Hopkins, Hauptautorin der Studie und ebenfalls von der Universität von Kalifornien in Los Angeles. „Unsere Zirkone deuten dagegen auf einen Wärmefluss von nur 75 Milliwatt pro Quadratmeter hin – den Wert, den man in Subduktionszonen erwarten würde, wo zwei Platten kollidieren und eine unter die andere gedrückt wird.“
Nach Ansicht der Forscher lässt sich diese ungewöhnlich niedrige Entstehungstemperatur der Zirkone nur erklären, wenn es damals schon Plattentektonik gab. „Die Beweise sind indirekt, aber stark“, so Harrison. „Wir haben Dutzende von Szenarien geprüft um herauszufinden, wie sich Magmen mit einem so geringen Wärmefluss ohne Plattentektonik erzeugen lassen, aber nichts funktionierte. Keines von ihnen konnte die Chemie der Einschlüsse oder die niedrigen Schmelztemperaturen der Granite erklären.“ Nur eine Entstehung direkt an einer Plattengrenze könne die Bildung der Minerale bewirkt haben.
Ozeane schon auf der frühen Erde?
Und noch eine klassische Annahme scheinen die neuen Ergebnisse zu widerlegen: die Abwesenheit von Wasser auf der frühen Erde. „Es gibt keine Plattentektonik auf einem komplett trockenen Planeten“, erklärt Harrison. „Und der einzige Weg, wie Zirkone in so niedrigen Temperaturen entstehen können, ist wenn die Schmelze wassergesättigt ist. Es muss reichlich Wasser gegeben haben. Das ist eine große Überraschung, denn seit langem glaubten wir, die frühe Erde sei trocken gewesen.“
„Wir enthüllen damit ein völlig neues Bild, wie die frühe Erde ausgesehen haben könnte“, erklärt Hopkins. „In der Schule bekommen wir gelehrt, die Erde als höllischen, roten Planeten aus geschmolzener Lava zu sehen. Jetzt sehen wir ein neues Bild, dem heutigen viel ähnlicher: mit Kontinenten, blauem Himmel, einem blauen Ozean – viel früher als wir dachten.“
(University of California – Los Angeles, 28.11.2008 – NPO)
