Plattentektonischer Kaltstart der Erde trotz laufender Standheizung

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Kölner Wissenschaftler vom Institut für Geologie und Mineralogie haben herausgefunden, dass Mantelkonvektion, also die Durchmischung des fast 3000 km tief reichenden Erdmantels in der Frühphase unseres Planeten vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, erstaunlich langsam vonstatten ging und räumlich sehr begrenzt war.

Diese Erkenntnis ist überraschend, da die Erde in den ersten hundert Millionen Jahren ihrer Entstehung sehr viel heißer als heute war und man daher in dieser Zeit eine schnellere Mantelkonvektion erwarten würde. Erst mit dem Einsetzen der sogenannten modernen Plattentektonik vor über 3 Milliarden Jahren kam es zu einer schnelleren Mantelkonvektion und damit zu einer vollständigen Durchmischung des ganzen Erdmantels, so die Schlussfolgerung des im Fachmagazin PNAS veröffentlichten Artikels „Convective isolation of Hadean mantle reservoirs through Archean time“.  

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, untersuchten die Kölner Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen bis zu 3,5 Milliarden Jahre alte Gesteinsabfolgen aus dem Nordwesten Australiens, welche 800 Millionen Jahre der frühesten Erdgeschichte abdecken. Die Untersuchung dieser Gesteine ergab, dass die ältesten Proben kleine Anomalien in der Isotopenhäufigkeit des chemischen Elements Wolfram aufweisen, diese jedoch mit fortschreitender Zeit verschwinden. Der Ursprung dieser Anomalien, konkret die relative Häufigkeit des Isotops 182W, weist auf Inhomogenitäten im Erdmantel hin, die sich unmittelbar nach Entstehung der Erde vor über 4,5 Milliarden Jahren ausgebildet haben müssen.

Dass die Wissenschaftler solche Anomalien in den 3,5 Milliarden alten Gesteinen aus dem Nordwesten Australiens gefunden haben belegt, dass im Erdmantel primäre Bereiche aus der Frühphase der Erde (Hadaikum) über weit mehr als eine Milliarde Jahre konserviert geblieben sind. Das ist sehr überraschend, weil man bislang dachte, dass Mantelkonvektion in der Frühzeit der Erde aufgrund noch höherer Temperaturen weit schneller ablief als heute. Interessanterweise verschwinden die gefundenen 182W Anomalien in Nord-West Australien vor ungefähr 3 Milliarden Jahren, also genau zu der Zeit, in welcher der Beginn moderner Plattentektonik vermutet wird. Das Einsetzen moderner Plattentektonik war eine Grundvoraussetzung dafür, dass auf der Erde größere Kontinente und eine sauerstoffreiche Atmosphäre entstehen konnten, letztlich die Voraussetzung zur Entstehung von komplexeren Lebensformen.


Veröffentlichung: Convective isolation of Hadean mantle reservoirs through Archean time. Jonas Tusch, Carsten Münker, Eric Hasenstab, Mike Jansen, Chris S.Marien, Florian Kurzweil, Martin J. Van Kranendonk, Hugh Smithies, Wolfgang Maier, Dieter Garbe-Schönberg, Proceedings of the National Academy of Sciences Jan 2021, 118 (2) e2012626118; DOI:10.1073/pnas.2012626118

Quelle: off. Pm der Universität zu Köln


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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie besitzt ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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