Das glaube ich nicht
Ozeane bedecken heute drei Viertel unseres Planeten. Doch in der Frühzeit der Erde könnte ihre Oberfläche fast komplett von Wasser bedeckt gewesen sein. Neue Indizien dafür haben nun Forscher in einer 3,2 Milliarden Jahre alten Gesteinsformation in Australien gefunden. Das in diesen Proben gemessene Verhältnis von Sauerstoff-Isotopen spricht dafür, dass die Urmeere damals kaum chemische Einflüsse von festen Landmassen erfuhren. Demnach erlebte unser Planet wahrscheinlich zwei Phasen seiner Entwicklung: Zuerst war er eine fast reine Wasserwelt, dann erst tauchten die ersten Kontinente auf.
Schon länger spekulieren Forscher darüber, wie unsere Erde im frühen Archaikum aussah – in der Zeit vor 3,6 bis 3,2 Milliarden Jahren. Aus früheren Studien geht hervor, dass unser Planet etwa seit vier Milliarden Jahren eine feste Gesteinskruste besitzt – vorher war die Erdoberfläche weitgehend glutflüssig und wurde von heftigen Asteroideneinschlägen immer wieder aufgeheizt und aufgebrochen. Nachdem dann die Kruste erstarrt und abgekühlt war, bildeten sich ausgedehnte Ozeane. Weil damals die Plattentektonik wahrscheinlich noch nicht eingesetzt hatte, gab es kaum Gebirge und erhöhte Landmassen, die das Wasser verdrängten. Daher vermuten Wissenschaftler schon seit längerem, dass die Erde zu dieser Zeit fast komplett vom Wasser bedeckt gewesen sein könnte – ein Planet mit einem erdumspannenden Ozean und ohne große Kontinente.
Sauerstoff-Isotope als Fenster in den Urozean
Neue Belege für diese Wasserwelt-Hypothese liefern nun Benjamin Johnson und Boswell Wing von der University of Colorado in Boulder. Für ihre Studie haben sie die Isotopenwerte von Gesteinsproben aus dem Pilbara-Kraton in Australien untersucht. Diese Gesteinsformation gehört zu den ältesten Krustengesteinen der Erde und eröffnet daher ein Fenster in das frühe Archaikum. „Es gibt keine Proben von richtig altem Meerwasser, aber wir haben Gesteine, die mit dem damaligen Meerwasser interagierten und diese Interaktionen konserviert haben“, erklärt Johnson. Zu diesen gehört ein 3,24 Milliarden Jahre alter Krustenabschnitt im Pilbara-Gebiet, der damals ein Teil des urzeitlichen Meeresgrunds war. Die Forscher entnahmen mehr als 100 Proben aus diesem Gestein und analysierten sie auf ihren Gehalt der Sauerstoff-Isotope 16 und 18. Das Verhältnis dieser beiden Sauerstoffvarianten kann unter anderem Aufschluss über vergangenen Temperaturbedingungen geben, aber auch über geochemische Prozesse wie die Verwitterung oder Ablagerung von Sedimenten.
Die Analysen ergaben, dass das urzeitliche Meerwasser rund 3,3 Promille mehr von dem schwereren Sauerstoff-Isotop O-18 enthalten haben muss als das heutige Meerwasser. Aber warum? Um mögliche Ursache für diesen Überschuss nachzugehen, entwickelten die Forscher ein Modell, das die geochemischen und physikalischen Prozesse auf der frühen Erde nachbildet und spielten verschiedene Szenarien durch. Das Ergebnis: „Der O-18-angeriecherte Paläo-Ozean kann reproduziert werden, wenn der Wasserkreislauf des frühen Archaikums durch ein ozeanisches Sauerstoff-Recycling geprägt war“, berichten Johnson und Wing. Einfacher ausgedrückt: Die im Urzeit-Gestein gemessenen Isotopenwerte könnten dadurch zustande gekommen sein, dass es damals noch keine ausgedehnten Landflächen gab. Dadurch fehlten die chemischen Prozesse, die heute vermehrt den schwereren Sauerstoff aufnehmen und binden.
Erst Wasserwelt, dann Kontinente
Nach Angaben der Forscher sprechen ihre Ergebnisse dafür, dass unser Planet vor rund 3,2 Milliarden Jahren noch eine fast reine Wasserwelt gewesen sein könnte. Größere Landmassen gab es damals wahrscheinlich noch nicht. „Es spricht nichts dagegen, dass damals schon erste Mini-Kontinente über die Wasseroberfläche hinausragten“, betont Wing. Aber ein nennenswertes Vorkommen kontinentaler Böden zur damaligen Zeit sei aufgrund ihrer Ergebnisse eher unwahrscheinlich. „Erst als sich vor rund 2,5 Milliarden Jahren die kontinentale Verwitterung und das Sauerstoff-Recycling von Null auf moderne Raten steigerten, sank das Sauerstoff-Isotopenverhältnis allmählich auf moderne Werte ab. „Der Wasserkreislauf der Erde könnte demnach zwei unterschiedliche Gleichgewichtszustände durchlebt haben – einen vor und einen nach dem Auftauchen der Kontinente“, konstatieren Johnson und Wing.
Ihr Szenario könnte relativ gut mit dem einer früheren Studie übereinstimmen. In dieser kamen Wissenschaftler nach Analysen von 2,7 Milliarden Jahre alten Gesteinen zum Schluss, dass zu dieser Zeit schon die ersten großen Landmassen aufgetaucht waren. Nimmt man beide Studien zusammen, könnte die Bildung der ersten Kontinente demnach irgendwann zwischen 3,2 und 2,7 Milliarden Jahren stattgefunden haben.
Quelle: Benjamin Johnson und Boswell Wing (University of Colorado, Boulder), Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-020-0538-9
