Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Wissen Aufgewühlter Beginn

Aufgewühlter Beginn

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 08.08.2014 10:54

Höllisch, aber weitgehend spurenlos, so stellen sich die rund 500 Millionen frühesten Jahre der Erde für uns Spätere dar. Die Erforscher der frühen Erde greifen daher vor allem zu Modellen, wenn sie das erste Lebensalter unseres Planeten, das so genannte Hadaikum, untersuchen. Eine Gruppe namhafter US-Experten hat jetzt ganze Serien von Modellen durchrechnen lassen, um die Entwicklung der frühen Erde aufzuklären. Die ersten Jahrhundertmillionen waren wohl von etlichen gigantischen Kollisionen geprägt, die jedes Mal die bereits erstarrte Erdkruste wieder aufkochen und Ozeane verdampfen ließen.

Illustration der frühen Erde, die von mehreren großen Asteroiden getroffen wurde. (Bild: Nature/Simone Marchi)In seinem 4,56 Milliarden Jahre langen bisherigen Leben hat unser Planet fast alle Spuren aus seiner Kindheit verwischt, denn die Tektonik verleiht ihm die jüngste Oberfläche von allen Gesteinsplaneten des Sonnensystems. Einzig winzige Zirkon-Kristalle aus dem westaustralischen Pilbara haben sich aus der Zeit erhalten."Wir wissen, dass die Erde von Asteroiden und Kometen getroffen wurde", erklärt Simone Marchi, Forscher am Southwestern Research Institute in Boulder, Colorado, "aber mangels geologischer Hinweise haben wir keine Ahnung von der Zahl und der Größe der Geschosse."
 Marchi und seine Kollegen haben daher eine große Zahl von Simulationen des Hadaikums rechnen lassen, um die Schleier der frühesten Erdvergangenheit zu lüften. In "Nature" berichten sie darüber. Um den damaligen Asteroidenhagel fassen zu können, wandten sich die Planetologen dem nächstgelegenen Himmelskörper zu, der in etwa im selben Regen gestanden haben dürfte: dem Mond. "Wir können den Mond gut als Maßstab nehmen, denn seine Oberfläche ist sehr alt und gibt gut Auskunft über das, was damals vor sich ging." Die Gruppe machte sich eigene ältere Arbeiten zunutze, in denen sie detailliert die Impaktgeschichte unseres Trabanten rekonstruierte. Damit konnten Marchi und seine Kollegen die Zahl der "kleineren" Geschosse von bis zu 100 Kilometer Größe hochrechnen, denn deren Spuren sind auf der pockennarbigen Mondoberfläche perfekt zu sehen.

Für die größeren Himmelskörper, die es zweifellos ebenfalls gegeben hat, ging das nicht, denn die haben den Mond verfehlt. Die Forscher nahmen daher das Inventar des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter als Maßstab, in dem derzeit der Asteroid Ceres mit rund 1000 Kilometern das größte bekannte Objekt darstellt. Für ihr Modell nahmen die Forscher an, dass in der zweiten Phase des Hadaikums, die vor 4,15 Milliarden Jahren begann, Asteroiden von maximal dieser Größe einschlugen. Der Grund: Bis dahin hatten die Anziehungskräfte der terrestrischen Planeten eine Bereinigung unter den Asteroiden vollzogen, der die Brocken von mehr als 1000 Kilometern Größe allesamt zum Opfer fielen. Folgerichtig nehmen die Forscher für die erste Phase des Hadaikums an, dass Brocken von bis zu 4000 Kilometer Größe die Erde trafen.

Trommelfeuer in der Frühzeit

Insgesamt gehen die Forscher davon aus, dass die Erde von 25 bis 40 Asteroiden von mindestens 200 Kilometer Größe getroffen wurde, darunter fünf Körper, die größer als 500 Kilometer waren. Der größte dieser Körper dürfte Theia gewesen sein, der marsgroße Protoplanet, der vor rund 4,5 Milliarden Jahren mit der Erde kollidierte und dabei das Material für den Mond heraussprengte. Doch auch ein paar der anderen haben die Erde buchstäblich zum Kochen gebracht und nahezu alles, was bis dahin an fester Oberfläche entstanden war, verflüssigt. Daneben gab es viele Einschläge, die regionale Verwüstungen anrichteten, aber nicht den ganzen Planeten in Mitleidenschaft zogen. Dennoch wurden bis vor 4,4 Milliarden Jahren 60 bis 70 Prozent der Oberfläche mindestens einmal bis in 20 Kilometer Tiefe gekocht. Was nicht verflüssigt wurde, wurde von gewaltigen Magmafluten überrollt, so dass Ozeane und Festland in dieser Zeit nur geringe Chancen hatten.

"Der Planet hat viele Episoden mitgemacht, bei denen die Einschläge ihn förmlich sterilisiert haben", berichtet Marchi über die Modellrechnungen, "den jüngsten dieser Einschläge setzt die Mehrzahl unserer Modellrechnungen für vor 4,2 Milliarden Jahre an, ein Teil der Rechnungen sogar für vor 4 Milliarden Jahre." Erst nach diesem Termin beruhigte sich die Lage etwas, die Einschläge waren nur noch von regionaler Bedeutung, so dass sich die Erdoberfläche konsolidieren konnte. Für die ersten Anfänge des Lebens war diese Zeit natürlich ein Härtetest, doch die Forscher gehen davon aus, dass die frühesten Vorformen, aus denen sich später lebendige Zellen entwickeln sollten, die höllischen Umstände robust überstanden.

Nicht alle Fragen beantwortet

Eine gewisse Robustheit braucht auch das Modell von Marchi, denn nicht alle Erklärungen befriedigen die Experten der frühen Erde. "Jedes Modell für das Hadaikum kommt nicht umhin, eine überzeugende Erklärung für die Zirkone aus Westaustralien zu liefern", betont etwa James Day von der Scripps Institution of Oceanography in San Diego. Die Zirkone, um die es geht, sorgten 2005 für großes Aufsehen, denn sie entstehen nur in Anwesenheit von flüssigem Wasser. Der älteste dieser Kristalle ist 4,4 Milliarden Jahre alt, so dass schon 150 Millionen Jahre nach der Erdentstehung flüssiges Wasser möglich gewesen sein müsste.

Nach Ansicht von Simone Marchi und seinen Kollegen wurden die Zirkone durch die permanent einschlagenden Brocken sozusagen immer wieder auf Null gestellt, so dass sie mit einigen wenigen Ausnahmen ein so einheitliches Alter von 4,1 bis 4,2 Milliarden Jahren aufweisen. Doch diese Erklärung stößt nicht auf einhellige Zustimmung. "Sie haben grundsätzlich missverstanden, was ein Zirkon bedeutet", kritisiert etwa Mark Harrison gegenüber der "Los Angeles Times", einer der Handvoll Experten für die ganz frühen Zirkone auf der Welt. Für die Zirkone müsse Wasser und weiterentwickelte Erdkruste verfügbar gewesen sein, nicht immer und immer wieder aufgeschmolzenes und erstarrtes Magma.