Erdgeschichte: So wurden Kontinente recycelt

Priyadarshi Chowdhury (links) und Sumit Chakraborty (rechts) haben ein Modell entwickelt, das Milliarden Jahre der Erdgeschichte nachvollzieht. Quelle: © RUB, Kramer (idw)

Wie sich in den vergangenen drei Milliarden Jahren die Plattentektonik auf der Erde entwickelt hat, haben Forscher aus Deutschland und der Schweiz mit Computersimulationen analysiert. Sie zeigen, dass sich die tektonischen Prozesse im Lauf der Zeit verändert haben und wie das zur Bildung und Zerstörung von Kontinenten beitrug. Anhand des Modells lässt sich nachvollziehen, wie die heutigen Kontinente, Ozeane und die Atmosphäre entstanden sind. In der Zeitschrift „Nature Geosciences“ beschreiben Priyadarshi Chowdhury und Prof. Dr. Sumit Chakraborty von der Ruhr-Universität Bochum zusammen mit Prof. Dr. Taras Gerya von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich die Ergebnisse.

Umstritten: Seit wann gibt es die Plattentektonik?

Die Erde entstand vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren. Es gab eine Phase – vielleicht sogar mehrere –, in der sie hauptsächlich aus geschmolzenem Gestein bestand. Als sie sich abkühlte, bildeten sich festes Gestein und die Erdkruste. Generell existierten und existieren zwei Arten der Erdkruste: eine leichtere, siliziumreiche kontinentale Kruste, die das trockene Land über dem Meeresspiegel bildet, und eine dichtere ozeanische Kruste, die das Wasser in Form großer Ozeane sammelt. „Genau diese Eigenschaften machen die Erde zu einem bewohnbaren Planeten“, sagt Sumit Chakraborty. „Bislang wurde nichts Vergleichbares im Universum gefunden.“

Obwohl es schon auf der jungen Erde Kontinente und Ozeane gab, gab es zunächst keine Platten und somit auch keine Plattentektonik. Wann sich diese bildeten, ist umstritten. Langsam nahm die Erdkruste ihre heutige dynamische Form an: An manchen Stellen schmilzt Krustenmaterial auf, an anderen Stellen bilden sich neue Platten aus heißem Material, das aus dem Inneren der Erde aufsteigt.

Es ist aber nicht nur unklar, seit wann es die Plattentektonik gibt; offen ist auch, ob dieser Prozess schon immer gleich abgelaufen ist und ob Kontinente ewig haltbar sind oder recycelt werden. Mit diesen Fragen beschäftigte sich das deutsch-schweizerische Forscherteam. Ihr neues thermomechanisches Computermodell legt nahe, dass die Plattentektonik vor etwa drei Milliarden Jahren entstand. Es zeigt außerdem, wie vor rund zwei bis drei Milliarden Jahren die damalige kontinentale Erdkruste – reich an Eisen und Magnesium – zerstört wurde und sich daraus die heutige siliziumreiche Kontinentalkruste formte.

Kontinentales Recycling an der Tagesordnung

Kontinente wurden auf der jungen Erde sehr häufig recycelt. Auch heute noch findet kontinentales Recycling statt, wenn zwei Kontinente kollidieren, aber langsamer und auf eine andere Art und Weise als früher. Auf der alten, noch heißen Erde blätterten dünne Schichten von der Erdkruste ab; auf der modernen Erde hingegen reißen manchmal ganze Teile der Kontinentalkruste in den Subduktions- und Kollisionszonen ab, also dort, wo sich eine Platte unter eine andere schiebt.

Die Forscher nehmen an, dass die Zerstörung der alten Eisen-Magnesium-Erdkruste entscheidend war für das Entstehen der siliziumreichen Kontinente und dafür, dass sich diese in großem Umfang über den Meeresspiegel erheben konnten. „Dieser Wandel im kontinentalen Charakter könnte auch zur großen Sauerstoffkatastrophe auf der Erde beigetragen haben – und damit zum Ursprung des Lebens, wie wir es heute kennen“, vermutet Chowdhury.

Förderung

Finanzielle Unterstützung für Priyadarshi Chowdhury kam vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (Funding ID-57076385). Die ERC-ITN-Projekte Subitop (604713) und ZIP (674899) sowie der Schweizerische Nationalfonds (Projekt Swiss-Alp-Array CRSII2_154434 und 200020_166063) steuerten weitere Fördermittel bei. Priyadarshi Chowdhury arbeitet seit August 2017 am Rubion der Ruhr-Universität Bochum, der Zentralen Einrichtung für Ionenstrahlen und Radionuklide.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum (idw)