Geologen der Yale University berichten, dass das Netzwerk aus tektonischen Platten der Erde vor mehr als vier Milliarden Jahren vorhanden war – mindestens eine Milliarde Jahre früher, als Wissenschaftler bislang dachten.
Tektonische Platten sind große Gesteinsplatten, die in die Erdkruste und die darunter liegende Schicht, den oberen Mantel, eingebettet sind. Die Wechselwirkungen dieser Platten gestalten alle heutigen Landmassen und beeinflussen die wichtigen Merkmale der planetaren Geologie von Erdbeben und Vulkanen bis hin zur Entstehung der Kontinente.
„Zu verstehen, wann die Plattentektonik auf der Erde begann, war lange Zeit ein grundlegendes, schwieriges Problem“, sagte Jun Korenaga, ein Professor für Geo- und Planetenforschung an der Faculty of Arts and Sciences der Yale University. „Je weiter wir in der Zeit zurückgehen, desto weniger geologische Aufzeichnungen haben wir.“ Er ist der Senior-Autor der neuen Studie, die im Journal Science Advances veröffentlicht wurde.
Ein vielversprechender Anhaltspunkt zur Feststellung, ob tektonische Platten am Werk waren, ist laut Korenaga das Wachstum der Kontinente. Die einzige Möglichkeit, eine Landmasse von der Größe eines Kontinents aufzubauen, besteht darin, dass umgebendes Oberflächengestein über eine lange Zeitperiode hinweg darunter abtaucht. Dieser Prozess wird als Subduktion bezeichnet und ist nur mittels Plattentektonik möglich.
In der neuen Studie fanden Korenaga und der Doktorand Meng Guo von der Yale University Belege für kontinentales Wachstum vor 4,4 Milliarden Jahren. Sie entwickelten eine geochemische Simulation der jungen Erde basierend auf dem Element Argon – einem inerten Gas, das Landmassen in die Atmosphäre abgeben. Argon ist zu schwer, um der Gravitationskraft der Erde zu entkommen, daher verbleibt es in der Atmosphäre wie ein geochemisches Bestandsbuch.
„Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Argon können wir ableiten, was mit der festen Erde geschah, indem wir dieses atmosphärische Argon untersuchen“, sagte Korenaga. „Das macht es zu einem ausgezeichneten Buchhalter für frühzeitliche Ereignisse.“
Der Großteil des Argons in der Erdatmosphäre besteht aus Argon-40 (40Ar) – einem Produkt des radioaktiven Zerfalls von Kalium-40 (40K), das in der Kruste und im Mantel der Kontinente vorkommt. Die Forscher sagen, dass ihr Modell das atmosphärische Argon betrachtet, das sich im Verlauf der Erdgeschichte stetig angesammelt hat, um das Alter des kontinentalen Wachstums zu bestimmen.
Ein Teil der Herausforderung bei der Erstellung ihrer Simulation war die Einbeziehung der Effekte eines geologischen Prozesses, der als Krustenrecycling bezeichnet wird. Das bezieht sich auf den Kreislauf, durch den sich kontinentale Krusten aufbauen, dann in Sedimente erodieren und letztendlich durch plattentektonische Bewegungen wieder in den Untergrund transportiert werden. Dann erneuert sich dieser Kreislauf.
Die Simulation musste daher die Argon-Emissionen berücksichtigen, die nicht Teil des kontinentalen Wachstums waren. „Die Erschaffung der kontinentalen Kruste ist kein Einbahnstraßenprozess“, sagte Korenaga.
Die Forschungsarbeit wurde durch Fördermittel der National Science Foundation unterstützt.
(THK)
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