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Spuren vom Beginn

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 25.07.2011 11:14

Die Plattentektonik gehört zu den prägenden Elementen unseres Planeten: Sie schiebt Kontinente über seine Oberfläche, lässt sie kollidieren oder trennt sie, sie reißt Ozeane auf oder schließt andere Meeresbecken wieder. Unter den Experten der frühen Erde ist heftig umstritten, wann dieses System begonnen hat. Klar ist nur, dass es nicht von Anfang an existiert hat, weil dafür der Planetenkörper erst einmal abkühlen musste. Geochemiker aus den USA und aus Südafrika plädieren jetzt für einen relativ späten Start vor rund 3,2 bis 3 Milliarden Jahren.

Diamant unter dem MikroskopDie Erde ist wegen der Plattentektonik unter den Steinplaneten des Sonnensystems der mit Abstand wandlungsfähigste. Deshalb bietet sie dem Leben an ihrer Oberfläche einen sich seit Jahrmilliarden immer wieder verändernden Rahmen und immer neue Möglichkeiten, die vielfältigsten Blüten zu treiben. "Wann das alles aber begann, ist schwer zu fassen", erklärt Steven Shirey, Geochemiker im Labor für Erdmagnetismus der Washingtoner Carnegie Stiftung.

Granateinschluss in DiamantKlar ist, dass es in der turbulenten Frühphase der Planetenentstehung keine Tektonik gegeben haben kann. Der Planetenkörper war zu heiß, das Asteroidenbombardement zerschlug jede größere Kruste. Die Erde musste sich erst abkühlen und in Schichten separieren, damit die Tektonik in Gang kommen konnte. Denn der Motor für die Manöver der Krustenplatten sind Bewegungen im Erdmantel, die entstehen, weil Hitze vom Erdkern in Richtung Hülle abgeführt werden muss. Irgendwann einmal in der frühen Erdgeschichte war der Planet soweit abgekühlt, dass der Startschuss zur Plattentektonik fiel. "Die Frage ist, ob sich die Erde schnell oder langsam abgekühlt hat", umreißt Stephen Foley von der Universität Mainz die Kernfrage für die Experten der frühen Erde.

Eisensulfid in DiamantIhr Problem ist, dass nach drei bis vier Milliarden zum Teil turbulenten Jahren Erdgeschichte die Spur der damaligen Ereignisse ziemlich kalt und verwischt ist. Shirey und sein Kollege Stephen Richardson von der Universität Kapstadt haben daher Diamanten herangezogen, um den Beginn der Plattentektonik zu bestimmen. Die Edelsteine selbst haben sie dabei gar nicht interessiert, sie dienten nur als Tresor für die eigentliche Information, die in den Einschlüssen steckte. Diamanten entstehen bei großer Hitze und unter enormem Druck, deshalb sind sie so widerstandsfähig und können das eingeschlossene Material gut bewahren. Shirey und Richardson untersuchten für ihre in "Science" erschienene Studie eingeschlossene Silikate und Sulfide, die die Diamanten bei ihrer Entstehung vom Umgebungsgestein aufgenommen haben.

Diamantenstruktur unter dem Mikroskop"Diese Einschlüsse können präzise datiert werden und stellen eine Momentaufnahme des damaligen Mantelgesteins dar", erklärt Archaikum-Experte Martin van Kranendonck vom Geologischen Dienst Westaustraliens in einer ebenfalls in "Science" publizierten Bewertung. Shirey und Richardson werteten Informationen über Tausende von Diamanteinschlüssen aus, die von fünf archaischen Kontinentalkeimen, so genannten Kratonen, stammten. Die Diamanten entstanden in einem Zeitraum von vor 3,4 Milliarden bis vor 990 Millionen Jahre und umspannen daher die Zeit vom frühen Archaikum bis ins mittlere Proterozoikum.
Bei dieser Charakterisierung stellten die beiden Geochemiker fest, dass die Diamanteinschlüsse grob in zwei Fraktionen eingeteilt werden konnten. In Diamanten, die älter als 3,2 Milliarden Jahre waren, gab es ausschließlich peridotitische Einschlüsse, in den Edelsteinen, die jünger als 3 Milliarden Jahre waren, dagegen mehrheitlich eklogitische Einschlüsse. Peridotit ist das häufigste Gestein im Erdmantel, während Eklogit eine durch Subduktion veränderte Form von Krustenbasalt ist. "Die einfachste Erklärung für diesen Wechsel wäre", so Shirey, "dass er vom Beginn der Plattentektonik herrührt."

Sulfid-Einschluss in DiamantDie beiden Geochemiker sehen in ihren Ergebnissen daher den Nachweis eines relativ späten Beginns der Plattentektonik, rund 1,5 Milliarden Jahre nach der Planetenentstehung und knapp 1,4 Milliarden Jahre nachdem sich erstmals eine feste Kruste und flüssiges Wasser an seiner Oberfläche bildete. Allerdings gibt es auch Daten, die für einen wesentlich früheren Beginn der Tektonik sprechen. "In Grönland gibt es überzeugende Indizien für Inselbogen-Vulkanismus und tektonisches Wachstum von Krustenplatten aus der Zeit vor 3,6 Milliarden Jahren", erklärt Van Kranendonck. Beides steht heutzutage im Zusammenhang mit Plattentektonik, könnte aber auch durch andere, inzwischen exotische Mechanismen erklärt werden. Den Nordatlantik-Kraton in Grönland wiederum haben Shirey und Richardson nicht in ihre Untersuchung einbezogen.

Ohnehin haben die Archaikum-Experten stets das Problem, dass sie aus winzigsten Proben gewaltige Schlüsse ziehen müssen. Da kann es durchaus zu einer zufälligen Verzerrung der Daten kommen, einfach, weil man keine repräsentativen Funde sondern nur eine Zufallsauswahl vor sich hat. "Wir hängen sehr stark davon ab, was die Erde uns zur Verfügung stellt", betont Catherine McCammon vom Geozentrum der Universität Bayreuth gegenüber dem "New Scientist". Deshalb wird die Datierung von Shirey und Richardson auch keine endgültige Antwort auf eine uralte Frage sein.

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