Älter als gedacht: Der irdische Wasserkreislauf ist rund 500 Millionen Jahre älter als bislang angenommen, wie neue Gesteinsanalysen belegen. Demnach existierte der globale Kreislauf aus Verdunstung, Wolken und Niederschlag schon vor mindestens vier Milliarden Jahren. Bereits zu dieser Zeit könnten die ersten Tümpel, Flüsse und Seen auf der Urerde entstanden sein – und damit mögliche Ursprungsorte für das erste Leben, wie Geowissenschaftler in „Nature Geoscience“ berichten.
Das Süßwasser auf unserem Planeten bewegt sich in einem kontinuierlichen Kreislauf zwischen Atmosphäre und Erde. Es verdunstet, gelangt als Wasserdampf in die Atmosphäre und fällt als Niederschlag wieder herab, wie die Wissenschaft seit gut 300 Jahren weiß. Dadurch bewegt sich das Wasser in einem stetigen Kreislauf durch das Erdsystem. Erst dies bringt Süßwasser an Land und speist Flüsse, Seen und Grundwasser. Für Ökosysteme und Lebewesen auf der Erde ist das von entscheidender Bedeutung.
Doch wann genau sich dieser Wasserkreislauf im Laufe der Erdgeschichte entwickelt hat, ist bislang nicht eindeutig geklärt. Fossilienfunde von einzelligen Organismen in kontinentalen Ablagerungen belegen, dass er spätestens vor 3,5 Milliarden Jahren existiert haben muss. Denn nur so kam Wasser auch auf die urzeitlichen Landmassen und ermöglichte dort Leben.
Seit wann zirkuliert Wasser um die Erde?
Um den Startpunkt des globalen Wasserkreislaufes genauer einzugrenzen, haben Geowissenschaftler um Hamed Gamaleldien von der Khalifa Universität in Abu Dhabi nun die Zusammensetzung der frühen Erdkruste genauer untersucht. Dafür bestimmten sie Sauerstoffeinschlüsse im Mineral Zirkon, welches noch heute in einigen Gesteinsschichten zu finden ist, die bereits vor 3,2 bis 4,2 Milliarden Jahren auf den Urkontinenten existierten.
Die Forschenden verwendeten für ihre Analysen winzige Zirkonkristalle aus Gesteinsproben aus den Jack Hills in Westaustralien und werteten diese mithilfe von Massenspektrometern chemisch aus. Die Messdaten interpretierten sie dann mittels Computersimulationen.
Sauerstoffeinschlüsse als Fenster in die irdische Frühzeit
Das Ergebnis: In den Zirkonkörnern fanden die Geowissenschaftler zwei verschiedene Sauerstoffisotope – das schwere 18O und das leichte 16O. Diese bildeten sich einst, als in Unterwasservulkanen heißes, geschmolzenes Magma aus dem Erdinneren mit Wasser in Kontakt kam. Das schmelzflüssige Gestein kühlte dadurch ab und die Minerale kristallisierten aus. In winzigen Einschlüssen konservierten sie dabei das Verhältnis der Sauerstoffisotope in ihrer Umgebung.
Das im Zirkon der Jack Hills erhaltene Verhältnis der verschiedenen Sauerstoffisotope legt nahe, dass das urzeitliche Magma dort nicht nur auf salziges Meerwasser, sondern auch auf Süßwasser traf – und das einige Kilometer unterhalb der Erdoberfläche. „Beweise für Süßwasser so tief im Inneren der Erde stellen die bestehende Theorie in Frage, dass die Erde vor vier Milliarden Jahren vollständig vom Ozean bedeckt war”, erklärt Gamaleldien.
Regen schon vor mindestens vier Milliarden Jahren
Die Forschenden schließen aus ihren Messdaten, dass bei der Entstehung der Zirkonkristalle vor mindestens vier Milliarden Jahren nicht nur Ozeane, sondern auch bereits Frischwasser und kontinentale Landmassen auf der Erde existierten. Demnach muss es damals schon einen Wasserkreislauf gegeben haben, der zu Niederschlag mit Süßwasser und dem Einsickern dieses Regenwassers in den Untergrund führte.
„Wir konnten so die Ursprünge des hydrologischen Kreislaufs datieren“, sagt Gamaleldien. Der Wasserkreislauf aus Verdunstung, Wolken und Regen entwickelte sich somit bereits rund 500 Millionen Jahre früher als gedacht, wie die Geowissenschaftler berichten.
Entstand das erste Leben an Land?
„Diese Entdeckung wirft nicht nur Licht auf die frühe Geschichte der Erde, sondern deutet auch darauf hin, dass Landmassen und Süßwasser die Voraussetzungen dafür schufen, dass sich das erste Leben schon nach relativ kurzer Zeit bilden konnte – weniger als 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Planeten“, erklärt Koautor Hugo Olierook von der Curtin University in Perth.
In welchem Lebensraum die ersten irdischen Organismen einst entstanden, ist allerdings noch strittig. Einige Szenarien favorisieren heiße hydrothermale Schlote der Tiefsee als „Wiege des Lebens“, andere sehen dagegen eher Tümpel an Land oder Mikroporen im Gestein als mögliche Ursprungsorte der ersten Zellen. Ein früher Beginn des Wasserkreislaufs stärkt nun die Hypothesen einer Lebensentstehung an Land. (Nature Geoscience, 2024; doi: 10.1038/s41561-024-01450-0)
Quelle: Nature, Curtin University
