Unter den größten unbeantworteten Fragen der Geowissenschaften ist und bleibt, die Frage wann und wie sich die Erde von dem heißen Urbrei in einen steinigen Planeten verwandelt hat, dessen Oberfläche ständig durch Plattentektonik erneuert wird. Eine neue Studie deutet darauf hin, dass dieser Übergang vermutlich durch Einschläge von außen ausgelöst werden konnte.
Wir neigen dazu, die Erde als ein isoliertes System zu betrachten, in dem nur interne Prozesse von Bedeutung sind. Doch zunehmend erkennen wir die Effekte durch die Dynamik des Sonnensystems auf das Verhalten der Erde.
Craig O’Neill, Direktor des Planeten-Forschungszentrums der Macquarie Universität (Sydney, Australien) und Autor der Studie.
Modellsimulationen und Vergleiche mit Studien über Mondeinschläge haben gezeigt, dass nach der Erdentstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren weitere Einschläge dafür gesorgt haben, den Planeten zu formen – und das weitere hunderte Millionen Jahre lang. Diese Ereignisse sind über die Zeit zurück gegangen, aber Funde sphärolithischer Schichten in Südafrika und Australien legen nahe, dass die Erde vor etwa 3,2 Milliarden Jahren eine Periode sehr starker Bombardements erfahren hat. Diese Funde bestehen aus ausgeprägten Schichten runder Partikel, die während eines Einschlags aus verdampfenden Gestein kondensieren und somit ein ziemlich verlässlicher Indikator für Einschläge sind. Etwa zur selben Zeit tauchen in der Gesteinsgeschichte die ersten Anzeichen von Plattentektonik auf.
Dieses Zusammentreffen von Ereignissen brachte O’Neill und seine Ko-Autoren Simone Marchi, William Bottke und Roger Fu dazu über die Zusammenhänge nachzudenken.
Modellstudien der frühen Erde deuten darauf hin, dass sehr große Einschläge – mehr als 300 km im Durchmesser – eine maßgebliche thermische Anomalie im Mantel verursachen können.
Craig O’Neill
Die Temperaturunterschiede sorgten vermutlich für eine Erhöhung der Auftriebskraft im Mantel, wodurch Auftriebsströmungen entstanden sind, die wiederum die Plattentektonik direkt in Gang gebracht haben könnten.
Die bis heute allerdings wenigen Beweise aus dem Archaikum – dem Zeitalter vor 4-2,5 Milliarden Jahren – legen nahe, dass während dieser Periode eher kleinere Einschläge bis zu 100 km im Durchmesser stattfanden. Um herauszufinden, ob diese eher moderaten Kollisionen trotzdem groß und häufig genug waren um globale Tektonik zu initiieren, nutzten die Forscher vorhandene Techniken um zunächst die Datensätze von Einschlägen aus dem mittleren Archaikum zu erweitern. Mit den erweiterten Datensätzen entwickelten sie dann numerische Simulationen um die thermischen Effekte der Einschläge auf den Mantel zu modellieren.
Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass während des mittleren Archaikums auch 100 km große Einschläge dazu fähig waren die äußerste, feste Schicht der Erde abzuschwächen. Dies, so O’Neill, könnte als Auslöser für tektonische Prozesse gedient haben, insbesondere wenn die äußere Schicht bereits auf die Subduktion “vorbereitet” war.
O’Neill betont, wäre die Lithosphäre überall gleich dick gewesen, hätten solche Einschläge kaum einen Effekt gehabt. Während des mittleren Archaikums jedoch habe sich die Erde genug abgekühlt, sodass der Mantel an einigen Stellen dicker und an anderen dünner war. Die Modellierungen zeigten, dass wenn ein Einschlag in einem Gebiet mit solchen Unterschieden stattfand, könnte ein schwacher Punkt entstehen und letztendlich moderne tektonische Prozesse auslösen.
Unsere Arbeit zeigt, es gibt einen physikalischen Zusammenhang zwischen der Einschlagshistorie und den tektonischen Reaktionen um die Zeit als die Plattentektonik begann. Prozesse die heutzutage ziemlich gering ausfallen – wie Einschläge oder in kleinerem Ausmaß auch Vulkanismus – tektonische Systeme auf der frühen Erde aktiv angetrieben haben. Durch Untersuchen der Auswirkungen dieser Prozesse können wir erkunden wie die moderne bewohnbare Erde entstand.
Craig O’Neill
Veröffentlichung:
C. O’Neill, S. Marchi, W. Bottke, R. Fu. The role of impacts on Archaean tectonics. Geology, 2019; DOI: 10.1130/G46533.1
Quelle:
http://www.geologypage.com/2019/11/extra-terrestrial-impacts-may-have-triggered-bursts-of-plate-tectonics
Pia Gaupels
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