Spuren von Gesteinen, die bald nach Bildung der Erde vor 4,5 Mrd. Jahren entstanden sind, hat eine österreichische Geologin entdeckt. In vulkanischen Steinen aus Hawaii, Samoa und Island fand Andrea Mundl von der University of Maryland geochemische Signaturen, die auf Bedingungen hindeuten, wie sie kurz nach Geburt der Erde geherrscht haben, berichtet Mundl kürzlich im Fachjournal "Science".
Bisher ging man nicht davon aus, so alte Spuren von den Anfängen der Erde zu finden. Die ältesten sicher datierten Gesteine sind rund vier Milliarden Jahre alt, alle anderen Spuren wurden durch verschiedene geodynamische Prozesse verwischt.
Dennoch fanden Andrea Mundl, die seit 2015 an der University of Maryland (USA) als Postdoc arbeitet, und Kollegen geochemische Signaturen, "die innerhalb der ersten 50 Millionen Jahren des Sonnensystems entstanden sein müssen, also vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren", so die aus Oberösterreich stammende Geologin gegenüber der APA. Überraschend war vor allem, diese Spuren in so jungen Steinen vulkanischen Ursprungs zu finden.
Hafnium-182 ist rasch zerfallen
Bei den Spuren handelt es sich um spezielle Verhältnisse verschiedener Isotope von Wolfram (W) und Helium (He). Beim Wolfram geht es um das Verhältnis von W-182 zu W-184. "Wolfram-184 ist stabil und existiert, seit sich die Erde gebildet hat", so Mundl. Das leichtere W-182 dagegen stammt aus dem radioaktiven Zerfall des sehr unstabilen Hafnium-182. Das gesamte, bei der Entstehung der Erde vorhandene Hafnium-182 ist innerhalb der ersten 50 Millionen Jahre zerfallen, zurück blieb Wolfram-182.
Dabei verhielten sich Wolfram und Hafnium in der Anfangszeit der Erde sehr unterschiedlich: Während sich Wolfram vor allem mit Metallen verband und daher der Großteil davon in den metallischen Erdkern wanderte, bevorzugte Hafnium Silikatgesteine und verblieb deshalb vor allem im Erdmantel und Erdkruste.
Die Forscher analysierten zudem den Gehalt von zwei Helium-Isotopen: Helium-3 ist extrem selten auf der Erde und findet sich eher in sehr altem Gestein, das sich seit der Entstehung der Erde nicht mehr verändert hat. Helium-4 dagegen entsteht beim radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium. Ein unüblich hoher Gehalt von He-3 gegenüber He-4 deutet auf sehr alte Gesteine hin, die über Milliarden von Jahren kaum verändert wurden.
Niedrige Wolfram-182- und hohe Helium-3-Werte
Sehr altes, ursprüngliches Material sollte niedrige Wolfram-182- und hohe Helium-3-Werte aufweisen. Und genau solche Signaturen haben die Wissenschafter in den vulkanischen Gesteinen von Hawai, Samoa und Island entdeckt. "Unsere Daten zeigen, dass das Material tatsächlich sehr ursprünglich ist und mit hoher Wahrscheinlichkeit in den ersten 50 Millionen Jahren unseres Sonnensystem entstanden ist", erklärte Mundl.
"Noch wissen wir nicht genau, wie diese speziellen Signaturen so lange überdauern und schließlich auf die Vulkaninseln gelangt sein könnten, wir haben aber einige Ideen dafür", so Mundl: So könnte Material unmittelbar aus dem Erdkern über die Vulkane an die Erdoberfläche gelangt sein. Im Anfangsstadium der Erde könnten sich auch große Magma-Ozeane im Erdmantel gebildet haben, von denen Teile zu Kristallen aushärteten, die dann in die Übergangszone zum Erdkern sanken, dort bis heute überstanden und über die Vulkane wieder an die Oberfläche kamen.
Service: http://dx.doi.org/10.1126/science.aal4179
(APA/red, Foto: APA/USGS/J.P. Eaton)
