Die Erde hat nicht auf den Beginn der modernen Plattentektonik gewartet. Es transportierte Wasser Milliarden von Jahren tief unter die Erde, bevor wir überhaupt wussten, dass es passierte.
Neue Erkenntnisse aus Westaustralien verändern die Zeitachse, wie unser Planet begann, seine Ozeane in den Erdmantel zu zirkulieren. Forscher haben bestätigt, dass Oberflächenwasser vor mehr als 3,1 Milliarden Jahren in das tiefe Erdinnere gelangte. Die Beweise sind in Vulkangestein aus der Pilbara-Region eingeschlossen.
Hier geht es nicht nur um Steine. Es geht darum, wie es einem jungen, heißen Planeten gelang, seine Vulkane zu ernähren.
Der Mechanismus, der diese frühe Aktivität antreibt, ist in der Geologie nach wie vor Gegenstand heftiger Debatten. Aber die Daten deuten auf einen Prozess hin, den Wissenschaftler Tropfduktion nennen.
Die Pilbara-Felsen offenbaren eine uralte chemische Signatur
Der Pilbara-Kraton ist ein seltener Überlebender. Der größte Teil der frühesten Erdkruste wurde durch spätere geologische Aktivitäten zerstört. Die Pilbara-Gesteine bewahrten jedoch eine chemische Aufzeichnung, die nicht zu lügen ist.
Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Eric Vandenburg von der Adelaide University analysierte die Geochemie dieser 3,1 Milliarden Jahre alten Steine. Ihre Unterschriften verrieten eine eindeutige Aussage: Als sich das Magma bildete, war Wasser vorhanden.
„Was uns überraschte, war die Entdeckung von Beweisen dafür, dass große Mengen an Wasser bereits tief in das Erdinnere vorgedrungen waren und die Bildung von Vulkangestein beeinflusst hatten.“
Die Chemie entspricht der moderner Bogenvulkane – wie denen im Pazifischen Feuerring. Dies sind die Orte, an denen tektonische Platten kollidieren und eine unter die andere sinkt, wodurch Wasser in den Erdmantel geschleppt wird. Aber dieses System gab es damals noch nicht. Die Erde war einfach zu heiß, als dass starre Platten gegeneinander gleiten könnten.
Wie kam das Wasser dorthin?
Warum traditionelle Subduktion die frühe Erde nicht erklären kann
Wir verstehen, wie Plattentektonik heute funktioniert. Subduktionszonen befördern wasserführende Mineralien tief in den Erdmantel. Dieses Wasser senkt den Schmelzpunkt des umgebenden Gesteins und erzeugt Magma, das Vulkane speist und Kontinente wachsen lässt.
Es ist eine perfekte Maschine. Allerdings existierte es vor 3,1 Milliarden Jahren noch nicht.
Die frühe Erde war viel heißer. Die Kruste verhielt sich wahrscheinlich anders, da ihr die für die Standardsubduktion erforderliche starre Struktur fehlte. Geologen haben mit diesem Paradoxon zu kämpfen. Wie konnte Oberflächenwasser ohne klare Subduktionszonen jemals den Erdmantel erreichen und die vulkanische Aktivität beeinflussen?
Die Pilbara-Felsen lassen vermuten, dass die Antwort nicht darin liegt, ob das Wasser tief in die Erde vorgedrungen ist, sondern darin, wie.
Dripduction: Eine sinkende Kruste bewegt Wasser nach unten
Die Forscher vermuten, dass die junge Erde einen anderen Mechanismus zum Transport von Material nutzte. Sie nennen es Tropfduktion.
Es ist einfacher als Gleitplatten. In diesem Modell absorbierten Teile der kühleren Außenkruste Wasser von der Oberfläche. Als diese Abschnitte mit Wasser dichter wurden, verloren sie an Stabilität. Sie glitten nicht entlang einer Plattengrenze. Sie sackten durch.
Schließlich kollabierten schwere Teile der Kruste und sanken in den darunter liegenden heißeren Erdmantel. Stellen Sie sich dichtes Material vor, das von einer Decke tropft.
Als diese wasserreichen Brocken nach unten stürzten, gelangten sie in zunehmend heißere Umgebungen. Das aus dem sinkenden Gestein freigesetzte Wasser interagierte dann mit dem Mantel, förderte das Schmelzen und erzeugte Magma. Dieses Magma stieg auf, brach durch Vulkane aus und kühlte sich zu den Felsen ab, die wir heute in der Pilbara finden.
Durch diesen Prozess konnte Oberflächenmaterial nach unten wandern, ohne dass ein vollständig entwickeltes System moderner Tektonik erforderlich war. Es ermöglichte dem jungen Planeten auch, Wasser zwischen seiner Oberfläche und seinem Inneren zu recyceln, lange bevor die Kontinente so aussahen wie heute.
Frühes Recycling prägte die Zukunft der Erde
Diese Entdeckung verschiebt die Zeitachse, in der die Erde begann, Material zwischen Kruste, Mantel und Atmosphäre auszutauschen. Diese Verbindung ist für die langfristige Entwicklung des Planeten von entscheidender Bedeutung.
Das Recycling von Tiefenwasser bestimmt, wo sich Magma bildet. Es beeinflusst Vulkanausbrüche. Über Äonen hinweg trägt es dazu bei, die lebensnotwendigen chemischen Inhaltsstoffe neu zu verteilen.
Die Ergebnisse von Pilbara deuten darauf hin, dass dieser Austausch viel früher begann als bisher angenommen. Die frühe Erde war keine stehende Kugel mit isolierter Oberfläche. Wasser zirkulierte bereits. Es formte Magma, speiste Vulkane und trug zum Kontinentalwachstum bei, als der Planet noch in den Kinderschuhen steckte.
Wir fangen gerade erst an, herauszufinden, wie dieser erste Zyklus funktioniert hat. Die Felsen in Westaustralien sind seit Milliarden von Jahren still. Endlich haben sie etwas zu sagen.
Referenz: „Moderner bogenförmiger Wassergehalt in der Quelle von 3,1 Milliarden Jahre alten Vulkangesteinen “ von Eric D. Vandenburg et al., veröffentlicht in Nature Communications.
