Der erste Kontinent

Woher kommt der Boden, auf dem wir gehen? Land ist für uns Menschen eine Selbstverständlichkeit, obwohl es bis heute nur etwa ein Drittel der Erdoberfläche bedeckt. Außerdem ist Land weitgehend zweidimensional. Mit Ausnahme winziger, grabender Bestien findet der größte Teil unserer Aktivitäten an der Oberfläche statt. Der Ozean hingegen hat eine riesige dritte Dimension und beherbergt auf seinem gesamten Weg verschiedene Arten von Kreaturen. „Wie unangemessen, diesen Planeten Erde zu nennen“, schrieb der Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke einmal, „wenn er doch ganz klar Ozean heißen sollte“.

Wie dem auch sei, wir haben unser Land. Und wir gehen davon aus, dass dieses Land schon immer auf der Erde existiert hat, wenn auch in anderer Form, mit einem anderen Klima und bewohnt von anderen Lebewesen.

Die Geologie sagt uns, dass selbst dies nicht der Fall war.

Wir leben in einer Zeit des Landes, aber es gab einmal eine Zeit, als die Erde kein Land hatte. Wie der Übergang geschah, bleibt ein Rätsel, aber wenn wir uns die Zusammensetzung der vorhandenen Mineralien ansehen, können wir ziemlich viel über die Entstehung von Kontinenten sagen.

Vielleicht können wir, indem wir uns rückwärts vorarbeiten, die Wahrheit über den allerersten Kontinent erfahren.

Geologisch gesehen kann die Erde in vier Abschnitte eingeteilt werden. Es gibt die Oberflächenschicht, die Kruste genannt wird. Wenn die Erde ein Apfel wäre, wäre die Kruste so dick wie ihre Haut. Wir gehen auf der Kruste, sie bildet alle Kontinente und den Meeresboden. Unter der Kruste befindet sich eine Schicht, die als Mantel bekannt ist. Diese Schicht ist Tausende Kilometer tief und macht 84 % des Erdvolumens aus. Es wird als fest verstanden, aber auf einer geologischen Zeitskala verhält es sich wie eine hochviskose Flüssigkeit, eine Art Karamell. Darunter befindet sich der flüssige äußere Kern und darunter die feste Gesteinskugel, die als innerer Kern bekannt ist.

Kontinente sind per Definition große Landmassen auf der Kruste, die durch eine Flüssigkeit wie Wasser getrennt sind. Mit dieser Definition ist die Erde der einzige bekannte Planet, der Kontinente hat. Während Planeten wie der Mars in der Vergangenheit möglicherweise ähnliche Landmassen hatten, ist die Erde der einzige Planet mit Kontinenten, da es auf dem Mars kein flüssiges Wasser gibt.

Im letzten Jahrhundert schlug Alfred Wegener die Theorie der Kontinentaldrift vor, nach der die Erde einst einen einheitlichen Kontinent hatte, der im Laufe der Zeit driftete, um die sieben Kontinente hervorzubringen, die wir heute kennen. Diese Theorie gilt heute als Tatsache.

Eine einfache Bestätigung von Wegeners Theorie kann durch das Studium der Ähnlichkeiten in den Fossilien auf den verschiedenen Landmassen heute gesehen werden. Beachten Sie im Zweifelsfall, wie schön die Ostküste Südamerikas mit der Westküste Afrikas übereinstimmt.

Die Erde entstand vor 4,6 Milliarden Jahren (das sind 4.600.000.000 Jahre!). Die Ära von vor 4,6 bis 4 Milliarden Jahren wird Hadäisches Äon genannt, benannt nach Hades, dem griechischen Gott der Hölle. Wissenschaftler glaubten früher, dass die Erde als feuriger Ball begann und dass sich die äußere Oberfläche im Laufe der Zeit abkühlte, um das Land zu bilden, das wir heute kennen. Heute wissen wir jedoch, dass die Erde mit Wasser bedeckt war, bevor sich die ersten Kontinente bildeten.

Diese Entdeckung wurde dank des Minerals Zirkon gemacht.

Kristalle aus Zirkon oder ZrSiO4 haben eine besondere Eigenschaft. Einmal gebildet, bleiben sie bestehen, selbst wenn ihr Muttergestein vollständig zerstört wird, sie sind praktisch unzerstörbar. Ein zusätzlicher Bonus ist, dass sie auch nicht sehr selten sind.

Das Alter dieser Mineralien kann auch leicht festgestellt werden, indem man ihre Uran-Blei-Zusammensetzung untersucht. Zirkonkristalle enthalten Uran- und Thoriumatome (beide am besten als Kernbrennstoffe bekannt). Dieselben Kristalle stoßen jedoch Bleiatome ab, wenn sie sich bilden.

Im Laufe der Zeit wird das instabile Uran durch radioaktiven Zerfall zu Blei – was bedeutet, dass Sie das Verhältnis von Uran zu Blei messen können, um herauszufinden, wie alt der Kristall ist. Ein junger Kristall wird einen höheren Anteil an Uran haben, während in einem älteren bereits ein relativ höherer Anteil an Uran zu Blei geworden wäre.

Relevanter ist die Tatsache, dass Zirkonkristalle Informationen über die Umgebung preisgeben, in der sie entstanden sind. Dies lässt sich aus ihren Sauerstoffisotopenverhältnissen ableiten.

Sauerstoff hat zwei stabile Isotope: ¹⁸O und ¹⁶O. ¹⁸O ist mit zwei Atomen mehr schwerer als ¹⁶O.

Wenn sie herunterregnen, kondensieren aus ¹⁸O bestehende Wassermoleküle leichter als ihre leichteren Gegenstücke. Und wenn Verdunstung auftritt, sind es die ¹⁶O-Moleküle, die zuerst verschwinden und die ¹⁸O-Moleküle zurücklassen. Wir können also durchaus davon ausgehen, dass die ¹⁶O-Konzentrationen in den Ozeanen in wärmeren Perioden höher waren, während ¹⁸O in kühleren, regnerischen Perioden dominierte.

In diesen Proportionen werden Sauerstoffatome in Zirkonkristallen eingefangen und bilden eine Zeitkapsel oder Momentaufnahme der chemischen Zusammensetzung der Zeit. Anhand von Zirkonen können wir erkennen, wann sie entstanden sind und welche Temperatur zu dieser Zeit herrschte.

Und aus diesen Informationen können wir schließen, wie genau diese Zirkonkristalle entstanden sind.

Im Erdmantel liegt das Isotopenverhältnis von Sauerstoff immer bei etwa 5,3. Eine kurze Anmerkung: Das bedeutet nicht, dass es 5,3-mal so viel ¹⁸O wie ¹⁶O gibt. Die offizielle Bezeichnung für diesen Wert ist δ¹⁸O oder „Delta-O-18“, wobei das „Delta“ für „Differenz zum Meerwasser“ steht. Wenn wir also das Verhältnis hier mit dem Verhältnis in Meerwasser vergleichen, beträgt der Unterschied 5,3.

Wenn der Wert von Delta-O-18 zwischen 0 und 5,3 liegt, bedeutet dies, dass es eine ausgedehnte Magma-Wechselwirkung mit Hochtemperaturwasser gab, bevor es sich zu Gestein verfestigte. (Natürlich ist der Delta-O-18-Wert von Meerwasser Null, da wir damit alles andere vergleichen)

Wenn Delta-O-18 größer als 5,3 ist, bedeutet dies, dass das Magma eher mit den Gesteinen auf der Erdoberfläche als mit seinem Wasser interagiert hat. Diese Oberflächenfelsen hätten zuvor mit Regen- oder Meerwasser interagiert. Wie bereits erwähnt, enthält Regenwasser mehr des schwereren ¹⁶O. Das bedeutet, dass Gesteine ​​auch mehr davon gehabt hätten und, begraben und zu Magma geschmolzen, diesen höheren Wert behalten hätten, der schließlich während der Kristallisation an unsere Zeitkapsel-Zirkone weitergegeben worden wäre.

Die ältesten Zirkone haben ein Delta-O-18 von etwa 7,4. Das bedeutet, dass Wasser in der Hadäischen Ära reichlich auf der Erdoberfläche vorhanden gewesen sein muss. Wie könnte das sein? Schließlich war es eine Zeit, die für ihre Höllenfeuer und Vulkane bekannt war.

Geologen haben sich Gedanken über das Problem gemacht und kommen zu ihrer plausibelsten Antwort: Das Wasser wurde wahrscheinlich aus dem Weltraum zur Erde transportiert. Die Hadäische Ära war eine harte Zeit für die Erdoberfläche, die stark von Meteoriten aus dem Weltraum bombardiert wurde. Wir wissen das, weil das Land auf dem Mond zeigt, dass diese Meteoriteneinschläge bis vor 3,5 Milliarden Jahren regelmäßig waren: Die Überreste dieser Angriffe können heute als Krater auf dem Mond beobachtet werden.

Wenn die Erdoberfläche fast vollständig mit Wasser bedeckt war, wie bildeten sich dann die ersten stabilen Kontinentalkerne? Warum ist kein Land, das sich gebildet hat, im Magma versunken?

In einer neuen Studie Anfang dieses Jahres haben sich Forscher von drei Institutionen – der Curtin University, dem Geological Survey of Western Australia und der University of Maryland der USA – zusammengetan, um die uralte Vergangenheit des Landes zu untersuchen. Sie taten dies, indem sie die älteste freigelegte Landmasse der Welt untersuchten: Australiens Pilbara Craton.

Ein Kraton ist ein alter und stabiler Teil eines Kontinents. Das bedeutet, dass sie seit Millionen von Jahren unerschütterlich an der Oberfläche bleiben. Der Pilbara-Kraton ist einer von mehreren kontinentalen Überresten aus der Archäa, die vor 4,0 bis 2,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Nach der Hadaikum-Ära war dies ungefähr zu der Zeit, als die Rate der Meteoriteneinschläge auf der Erde zurückging.

Durch die Untersuchung des Alters der Zirkone in den dortigen Gesteinen und der darin enthaltenen Delta-O-18-Werte kamen die Forscher zu dem Schluss, dass es drei Stadien der Bildung dieses Kratons gab. Was folgt, ist eine interessante Analyse.

Zirkone aus der ersten Stufe können in zwei Gruppen eingeteilt werden: solche, deren Delta-O-18-Werte ähnlich denen des Mantels sind, direkt unter der Erdkruste; und solche, deren Sauerstoffaufbau einen sehr flachen Prozess erfordert. In der zweiten Stufe passt das Delta-O-18 zum Mantel. Und schließlich haben Zirkone aus Stufe drei Delta-O-18-Werte, die eine Wechselwirkung mit Oberflächenmaterialien erfordern.

Wie Sie sehen können, scheint es, als ob Zirkone zuerst in der Nähe der Oberfläche gebildet wurden und sich allmählich tiefer zu bilden begannen. Aber war das wirklich so? Die Forscher, die die verschiedenen Zusammensetzungen der Gesteine ​​untersucht haben, schlagen etwas anderes vor.

Zuerst (denken die Forscher) gab es eine meteorische Explosion. Ein großes Objekt rammte in die Wasseroberfläche der Erde – ein häufiges Vorkommnis früherer Tage, aber diesmal führte der Aufprall dazu, dass das Magma längere Zeit heißem Wasser ausgesetzt war, und mit „länger“ meine ich mehrere Millionen Jahre. Der Einschlag selbst hätte in der Nähe magnesiumreiche Gesteine ​​gebildet, während sich etwas weiter entfernt eisenreiche Gesteine ​​gebildet hätten. Unterdessen verursachte die Kombination von Magma und heißem Wasser Bedingungen, die denen im Untermantel sehr ähnlich waren: so sehr, dass sogar die Sauerstoffisotopenverhältnisse ähnlich waren.

Während der nächsten rund hundert Millionen Jahre sanken die schwereren Materialien in den Mantel, während die leichteren Magmen an die Oberfläche wanderten. Diese Trennung ermöglichte es der leichteren Schicht, schwimmfähig zu sein und über Wasser zu bleiben … und schließlich die „Kruste“ zu bilden, mit der wir heute vertraut sind.

Zirkone der zweiten Stufe stammen aus der Zeit, als sich die Kruste stabilisierte. Magma aus dem Mantel breitete sich um die Krustenbasis aus, weshalb Zirkone der zweiten Stufe meist ähnliche Delta-O-18-Werte wie im Mantel aufweisen.

Schließlich haben Zirkone in der dritten Stufe Verhältnisse über dem Mantel. Dies deutet darauf hin, dass sich oberhalb der Basiskruste ziemlich viel Gestein befand, das in das darunter liegende Magma eingebaut wurde.

Der Pilbara Craton erzählt eine interessante Geschichte, aber wichtiger ist, dass andere Cratons zustimmen. Das gleiche Muster, das hier beobachtet wurde, können Geologen auch in anderen Kratonen erkennen. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass Meteoritenexplosionen für die Stabilisierung des ersten Landes auf der Erde verantwortlich waren; dass jeder Kontinent, der zu diesem Planeten gehört, durch riesige Weltraumfelsen ermöglicht wurde, die auf seine Oberfläche krachten.

Wir verstehen Meteore als zerstörerische Kraft. Sie werden immer als Weltuntergangskatastrophe dargestellt. Meteore verursachen Explosionen; Meteore töteten die Dinosaurier; Ein Meteoroid war der Grund dafür, dass alle nicht nach oben schauen wollten .

Diese Wahrnehmung ist teilweise richtig, aber die Kratons sagen uns, dass Meteore so viel mehr sind. Wie jede Naturkraft sind sie sowohl Schöpfer als auch Zerstörer; Sie können das Land zerstören, an das wir gewöhnt sind, aber bevor wir uns über Meteore beschweren, sollten wir uns daran erinnern: Sie waren es vielleicht, die uns das Land gegeben haben, auf dem wir überhaupt leben.

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