Gesteinsanalysen bestätigen Fehlen großer Landmassen vor 3,2 Milliarden Jahren Frühe Erde war eine Wasserwelt - scinexx | Das Wissensmagazin
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Frühe Erde war eine Wasserwelt

Gesteinsanalysen bestätigen Fehlen großer Landmassen vor 3,2 Milliarden Jahren

Wasserplanet
So könnte unsere Erde in ihrer Frühzeit ausgesehen haben: eine Wasserwelt ohne Kontinente © Naynobody /CC-by-sa 3.0

Welt ohne Kontinente: Vor rund 3,2 Milliarden Jahren war die Erde wahrscheinlich noch ein Wasserplanet – eine Welt ohne größere Landmassen. Neue Hinweise darauf liefern nun Proben einer australischen Gesteinsformation aus jener Zeit. Sie enthalten einen Überschuss des schweren Sauerstoff-Isotops O-18, was nach Ansicht der Forscher für einen rein ozeanischen Wasser- und Sauerstoffkreislauf spricht, wie sie im Fachmagazin „Nature Geoscience“ berichten.

Wie sah die frühe Erde aus? Klar scheint, dass unser Planet vor rund vier Milliarden Jahren soweit abgekühlt war, dass sich eine erste Erdkruste bilden konnte. Durch sintflutartige Regenfälle und bei Einschlägen „importiertes“ Wasser bedeckte sich diese Kruste schnell mit Wasser – das Urmeer entstand. Doch wann aus diesem Ozean die ersten Kontinente auftauchten, ist bislang strittig – einige Studien sprechen für ein frühes Auftauchen, anderen zufolge hoben sich die ersten Landmassen erst vor rund 2,4 Milliarden Jahren aus dem Meer.

Urzeitliche Ozeankruste als Zeitkapsel

Jetzt haben Forscher neue Indizien dafür gefunden, dass die Erde zumindest vor 3,2 Milliarden Jahren noch ein Wasserplanet war. Benjamin Johnson und Boswell Wing von der University of Colorado in Boulder untersuchten dafür Isotopenwerte von Gesteinsproben aus dem Pilbara-Kraton in Australien. Diese Gesteinsformation gehört zu den ältesten Krustengesteinen der Erde. „Es gibt keine Proben von richtig altem Meerwasser, aber wir haben Gesteine, die mit dem damaligen Meerwasser interagierten und diese Interaktionen konserviert haben“, erklärt Johnson.

Für ihre Studie entnahmen die Forscher mehr als 100 Proben aus einem 3,24 Milliarden Jahre alten Relikt alter Ozeankruste im Pilbara-Gebiet. Diese analysierten sie auf ihr Verhältnis der Sauerstoffisotope O-16 und O-18. Dieser Wert kann unter anderem Aufschluss über vergangene Temperaturbedingungen geben, aber auch auf geochemische Prozesse wie die Verwitterung oder Ablagerung von Sedimenten.

Kissenbasalt
Dieser Kissenbasalt quoll vor 3,2 Milliarden Jahren aus dem urzeitlichen Meeresgrund. © Benjamin Johnson

O-18-Überschuss spricht für Fehlen von Landmassen

Das Ergebnis: Das urzeitliche Meerwasser enthielt gegenüber dem heutigen einen O-18-Überschuss von rund 3,3 Promille, wie die Forscher berichten. Demnach fehlten damals offenbar die geochemischen Prozesse, die heute dieses Sauerstoffisotop bevorzugt binden und so aus dem Ozean fernhalten. Welche dies gewesen ein könnten, testeten die Forscher, indem sie verschiedene Szenarien mithilfe eines Modells durchspielten.

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Es zeigte sich: Am besten lässt sich die O-18-Anreicherung des Urozeans dadurch erklären, dass es damals noch keine ausgedehnten Landflächen gab. Damit fehlten auch Prozesse wie die Verwitterung und tonhaltige Böden, die bevorzugt das schwerere Sauerstoff-Isotop binden. Nach Angaben der Forscher sprechen ihre Ergebnisse dafür, dass unser Planet vor rund 3,2 Milliarden Jahren noch eine fast reine Wasserwelt gewesen sein könnte.

„Es spricht nichts dagegen, dass damals schon erste Mini-Kontinente über die Wasseroberfläche hinausragten“, betont Wing. Aber größere Landmassen gab es damals wahrscheinlich noch nicht.

Zwei Gleichgewichtszustände

Demnach erlebte unser Planet wahrscheinlich zwei Phasen seiner Entwicklung: Zuerst war er eine fast reine Wasserwelt, dann erst tauchten die ersten Kontinente auf. „Der Wasserkreislauf der Erde könnte zwei unterschiedliche Gleichgewichtszustände durchlebt haben – einen vor und einen nach dem Auftauchen der Kontinente“, konstatieren Johnson und Wing.

Allerdings klärt dies noch nicht die Frage, wann die Plattentektonik einsetzte und die ersten Kontinente entstanden. Denn alle Daten zu ersten Landflächen liegen im Neoarchaikum und damit deutlich nach dem jetzt untersuchten Zeitraum. Johnson und Wing wollen ihre Analysen daher nun bei nächstjüngeren Gesteinsformationen wiederholen. „Die Lücke zu schließen ist wirklich wichtig“, sagt Johnson. (Nature Geoscience, 2020; doi: 10.1038/s41561-020-0538-9)

Quelle: University of Colorado at Boulder

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