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Das Titan-Thermometer misst richtig

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Dieser winzige Zirkon-Kristall ist nur so breit wie ein menschliches Haar und stammt aus den Jack Hills in Australien. Bei seiner Kristallisation nahm er Titan aus seiner Umgebung auf.
Die Geschichte, die winzige, in Australien gefundene Kristalle erzählten, schien unglaublich, als ein Forscherteam um Mark Harrison von der Australian National University in Canberra sie 2005 in der Zeitschrift Science veröffentlichte: Demnach war die Erde vor mehr als vier Milliarden Jahren keine glühend heiße Magmakugel, auf die ständig Meteoriten niederprasselten, sondern ein relativ kühler Planet mit Ozeanen und Kontinenten. Die Ergebnisse wurden später von mehreren Seiten angezweifelt, doch jetzt halten Harrison und Kollegen dagegen. Ihr geologisches Thermometer stimmt, berichten sie in der Zeitschrift „Geology“.

Die ersten 500 Millionen Jahre der Erdgeschichte waren für Geologen lange ein dunkles Zeitalter. Alle Gesteine aus dieser Zeit sind längst zerstört. Nur winzige, besonders robuste Kristalle des Minerals Zirkon überlebten diese höllische Ära mit dem passenden Namen Hadaikum.

Mark Harrison und sein Kollege Bruce Watson vom Rensselaer Polytechnic Institute entwickelten ein Verfahren, um die Temperatur zu bestimmen, bei der die Zirkone kristallisiert waren: Sie fanden heraus, dass Zirkon-Kristalle umso weniger von dem Element Titan aus der umgebenden Gesteinsschmelze aufnehmen, je niedriger die Kristallisationstemperatur ist. Mithilfe dieses Titan-Thermometers untersuchten sie die ältesten bekannten Zirkon-Kristalle, die aus einer entlegenen Gegend in Australien stammen. Teilweise entstanden die Zirkone gerade einmal hundert Millionen Jahre nach der Geburt der Erde.

Watson und Harrison kamen zu dem Ergebnis, dass die meisten Zirkone aus dem Hadaikum bei Temperaturen zwischen 660 und 700 Grad Celsius kristallisiert waren. In diesem engen Temperaturbereich schmilzt praktisch jedes Gestein bei Anwesenheit von Wasser. Die Forscher schlossen daraus, dass die Zirkone entweder in den Tiefen eines Sedimentbeckens oder an einer Plattengrenze entstanden waren, wo Ozeankruste am Rande eines Kontinents in den Erdmantel abtauchte. Demnach gab es bereits eine ozeanische und kontinentale Kruste, einen Kreislauf von Erosion und Sedimentation ähnlich wie in späteren Zeiten.

Andere Forscher kritisierten später die Ergebnisse: Wenn heißes Magma in einer vulkanischen Umgebung abkühle, würden ähnliche Titan-Gehalte auftreten, hieß es. Nun präsentieren Harrison und Kollegen weitere Messergebnisse, die den Wert ihres Titan-Thermometers bestätigen: Sie untersuchten den Titan-Gehalt von Zirkonen in magmatischem Gestein, das aus Tibet stammt. Dort zeigt das Titan-Thermometer Kristallisationstemperaturen in einem breiten Bereich an, der mehr als 300 Grad Celsius umfasst. Alle Temperaturen liegen deutlich über denen der Ur-Zirkone aus Australien. Harrison und Watson schließen daraus, dass das es im Hadaikum tatsächlich weniger höllisch zuging als bislang angenommen.

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Mark Harrison (Universität von Kalifornien in Los Angeles) et al.: Geology Bd. 35, Nr. 7, S. 635 Ute Kehse
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