Die Plattentektonik könnte Milliarden Jahre nach der Geburt der Erde begonnen haben

Das Mahlen riesiger Brocken der äußeren Erdschicht - verantwortlich für das Aufstoßen von Vulkanen, Zerquetschen von Temblors und aufkeimenden Bergen unter anderem - hat vielleicht eine halbe Milliarde Jahre früher begonnen als bisher angenommen.

Genau wie die Erde vor der Plattentektonik aussah, die diese Krustenbrocken herumtreibt, zusammenstößt und ineinanderschleift, ist eine offene Frage. Während des Archäischen Äons vor 4 Milliarden bis 2,5 Milliarden Jahren gab es auf der Erde Wasser und Gestein, aber wenig Sauerstoff in der Atmosphäre. In dieser Zeit entstand ein einfaches Leben, möglicherweise um Hydrothermalquellen, obwohl niemand genau weiß, wann. Die frühesten chemischen Spuren, die ein Beweis für das Leben sein könnten, stammen aus der Zeit vor 4 Milliarden Jahren. Weit mehr akzeptiert als Beweis des frühen Lebens sind Fossilien in Australien von mikrobiellen Matten, Stromatolithen genannt, die 3,5 Milliarden Jahre alt sind.

Wie auch immer die Erde vor der Plattentektonik aussah, diese mächtigen Kräfte definieren die Welt, wie sie heute ist. Das Auftauchen und Abstürzen von tektonischen Platten schuf nicht nur die Kontinente, von denen wir heute wissen und leben, es recycelt auch Mineralien und Nährstoffe durch das Erdsystem. Eine Studie von 2014 in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences zum Beispiel argumentierte, dass die Bildung von Kontinenten auf der frühen Erde Phosphor an die Oberfläche befördert und Mikroben speist, die dann die Atmosphäre mit Sauerstoff versorgen. [Was war das erste Leben auf der Erde?]

Niemand konnte jemals genau zeigen, wann die Plattentektonik begann. Mehrere Studien hatten den Beginn der Plattentektonik vor rund 3 Milliarden Jahren angedeutet, aber die neue Forschung legt nahe, dass diese Dynamik vor 3,5 Milliarden Jahren begann - nur etwa eine Milliarde Jahre nach der Entstehung des Planeten.

"Das ist bei weitem kein geregeltes Thema", sagte Roberta Rudnick, Geochemikerin an der Universität von Santa Barbara, die an der aktuellen Studie nicht beteiligt war, aber die Entstehung von Kontinenten erforscht hat.

Frühe Erdengeheimnisse

Ein Teil des Problems, sagte Studienleiter Nicolas Greber, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Genf in der Schweiz, dass es auf der Erde nicht mehr so ​​viele Steine ​​gibt, die Milliarden von Jahren zurückliegen, als sich der Planet gerade gebildet hatte. Von den Steinen, die so alt sind, wurden die meisten durch Verwitterung und chemische Prozesse in den Äonen verändert. [Fotos: Die sechs berühmtesten Felsen der Erde]

Um die Ursprünge der Kruste auszuloten, wenden sich Geowissenschaftler typischerweise an Schiefer, das sind feinkörnige Sedimentgesteine. Da es sich um Gesteine ​​aus den erodierten Überresten früherer Gesteine ​​handelt, sollten sie eine gut gemischte Darstellung dieser früheren Gesteine ​​erfassen.

Heute gibt es die Erdkruste in zwei Geschmacksrichtungen. Ozeanische Kruste ist mafisch, aus dunklen, eisen- und magnesiumreichen Gesteinen wie Basalt, die direkt aus dem Schmelzen des Erdmantels (der Schicht direkt unter der Kruste) kommen. Kontinentale Kruste ist felsisch und besteht aus helleren Gesteinen, die reich an Silizium und Aluminium sind, sagte Greber gegenüber Live Science. Ein Beispiel ist Granit, sagte er. Felsiges Gestein entsteht durch das Schmelzen von mafischen Gesteinen. [In Fotos: Ozean versteckt unter der Erdoberfläche]

Frühe Erde hätte eine mafische Kruste gehabt, sagte Rudnick Live Science. Es ist eine offene Frage, wann felsische Gesteine ​​sich erstmals bilden. Herauszufinden, wann felsische kontinentale Kruste gebildet wurde, würde bedeuten, ein Startdatum für die Plattentektonik zu bestimmen. Das liegt daran, dass Subduktionszonen - Orte, an denen tektonische Platten aufeinanderprallen und ozeanische Kruste unter der kontinentalen Kruste gleitet - die Hauptfabriken für felsische Gesteine ​​sind. Subduktionszonen bringen Wasser in die Kruste, was den Schmelzpunkt des Gesteins durch Unterbrechung der Bindungen in den Mineralien im Gestein senkt. Dies führe zur Bildung der felsischen Gesteine, die Kontinente bilden, sagte Rudnick.

Frühere Arbeiten verwendeten die Verhältnisse verschiedener Mineralien in Schiefer, um zu bestimmen, wann die Kontinente felsisch wurden, und viele dieser Studien legen den Zeitpunkt auf etwa 3 Milliarden Jahre zurück. Aber diese Messungen waren anfällig für all die Veränderungen, die 3,5 Milliarden Jahre alte Gesteine ​​auf der Erde durchgemacht haben, sagte Greber. Bestimmte Minerale können sich leichter aushalten als andere und hinterlassen zum Beispiel eine schiefe Aufzeichnung.

Der Titan-Test

Greber und seine Kollegen haben einen anderen Ansatz gewählt. Sie untersuchten Schiefer für ihre Verhältnisse bestimmter Titanisotope. Titan ist unlöslich und wird bei der Bewitterung nicht abgewaschen. Es ist biologisch inert und nicht durch atmosphärische Prozesse beeinflusst, schrieben die Forscher in ihrer neuen Studie, veröffentlicht heute (21. September) in der Zeitschrift Science.

Verhältnisse von Titanisotopen helfen auch zwischen felsischen und mafischen Gesteinen zu unterscheiden. Isotope sind verschiedene Formen eines Elements mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen. Wegen der Art und Weise, wie Mineralien während des Schmelzens von Basalt und der Bildung von felsischem Gestein kristallisieren, sind bestimmte Titanisotope in felsischen Gesteinen weniger verbreitet, sagte Greber.

"Es ist so eine schöne enge Korrelation", sagte Rudnick. "Es ist wirklich ziemlich spektakulär."

Greber, der die meiste Zeit der Forschung an der Universität von Chicago forschte, testete 48 Schiefer- und 30 Verbundschieferproben von verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt. Die Steine ​​stammten aus gut untersuchten Sammlungen, sagte Greber. Das älteste datierte vor 3,5 Milliarden Jahren.

Während dieser Zeitspanne, so fanden Greber und seine Kollegen, blieb das durchschnittliche Titanverhältnis bemerkenswert konstant. Dieses Ergebnis legt nahe, dass felsische Gesteine ​​für mindestens 3,5 Milliarden Jahre eine Hauptkomponente der kontinentalen Kruste waren, sagte Greber. Wenn dies der Fall ist, ist die wahrscheinlichste Erklärung, dass Plattentektonik und Subduktionszonen bereits mindestens so lange vorhanden waren. [In Bildern: Wie der nordamerikanische Kontinent wuchs]

Es gibt noch Fragen zu beantworten, sagte Rudnick.Während das durchschnittliche Titan-Verhältnis ziemlich konstant war, gibt es eine Menge Streuung in den Daten, sagte sie, was bedeute, dass es zwischen den einzelnen Schieferproben ziemlich große Schwankungen zwischen felsisch und mafisch gab. Greber und sein Team denken, dass dies nur ein Nebeneffekt der geografischen Lage ist, in der jeder Schiefer gefunden wurde, wobei einige ein bisschen mehr basaltreich und andere granitreicher sind. Aber die Streuung scheint immer noch seltsam, sagte Rudnick. Shales sollen eine homogene Mischung der kontinentalen Kruste sein, also sollte es nicht so viel Abwechslung zwischen ihnen geben.

Zukünftige Forschung sollte versuchen, der Streuung auf den Grund zu gehen, sagte Rudnick. Ein Schlüsselexperiment, sagte sie, wäre, Titanisotope direkt auf Verwitterung zu testen, um sicher zu sein, dass sie wirklich nicht stark betroffen sind.

"Ich denke, das ist ein sehr interessantes und sehr provokantes Papier, und es wird viele weitere Untersuchungen anspornen", sagte sie, "was immer Sie wollen."

Schau das Video: Plattentektonik 1: Mantelkonvektion und Kontinentaldrift - Plattentektonik & Vulkane 5

Lassen Sie Ihren Kommentar