04.09.2010 · Geologisch junge Gesteine in Grönland und im Norden Kanadas enthalten Lava mit einer chemischen Zusammensetzung, wie sie für die Jugendzeit der Erde typisch ist.
Von Horst Rademacher
© AP
Wie die Urschmelze beschaffen war, ist jetzt an der Boston Univeristy erforscht worden
In den viereinhalb Milliarden Jahren, die seit der Entstehung der Erde vergangen sind, hat sich unser Heimatplanet chemisch stark verändert. Ursprünglich bestand die Erde aus einer gut durchmischten Melange aus Metallen, Oxiden, Silikatmineralen und flüchtigen Bestandteilen. Im Laufe der Zeit entmischten sich die verschiedenen Komponenten der Urschmelze aber immer mehr. Dabei entstanden die diversen Schalen des Erdkörpers, die Ozeane und die Atmosphäre - jede mit ihren eigenen charakteristischen chemischen Eigenschaften. Die ursprüngliche Mischung, so glaubte man bisher, ging bei dieser Differenzierung vollständig verloren. Dem widersprechen nun geologische Befunde aus Grönland und dem Norden Kanadas. Eine internationale Forschergruppe hat dort vor 60 Millionen Jahren erkaltete Laven mit einer chemischen Zusammensetzung gefunden, wie sie während der Jugendzeit der Erde vorherrschte.
Der Erdkern besteht heute im wesentlichen aus einer Legierung aus Eisen und Nickel, der Erdmantel aus einer extrem zähflüssigen Schmelze von Silikaten verschiedener Leichtmetalle. In der Erdkruste herrschen dagegen Oxide - vor allem Quarz - vor. Das Wasser hat sich in den Ozeanen gesammelt, und die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Dagegen reichte die Anziehungskraft der Erde nicht aus, die in der Urschmelze enthaltenen leichtesten Elemente - Wasserstoff und Helium - zu binden. Bis auf geringe Reste entwichen sie in den Weltraum. Wie der Erde ist es den meisten Planeten im Sonnensystem ergangen. Die einzigen Überbleibsel der chemischen Urschmelze sind die Chondriten. Diese steinigen Meteoriten rasen seit ihrer Entstehung vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren chemisch unverändert durch das Sonnensystem.
Überbleibsel der Urlava
Die chemische Analyse verschiedener radioaktiver Isotope innerhalb der Chondriten lieferte klare Anhaltspunkte, wie die Urschmelze einmal zusammengesetzt gewesen sein muss. Zu den wichtigsten Untersuchungsverfahren gehört dabei die Bestimmung der Verhältnisse verschiedener Radioisotopen, beispielsweise das Verhältnis von Helium-3 zu Helium-4, von Neodym-143 zu Neodym-144 und die Konzentration der verschiedenen Bleiisotope. Unterzieht man Gesteine der Erde ähnlichen Analysen, lassen sich deren Alter und Herkunft meist eindeutig bestimmen.
Die Forschergruppe unter Leitung von Matthew Jackson von der Boston University in Massachusetts hat nun Laven untersucht, die bei der Öffnung des Atlantiks vor etwa 60 Millionen Jahren an die Erdoberfläche traten. Sie befinden sich heute in Westgrönland sowie auf der Baffin-Insel im Norden Kanadas. Die Analyse der Verhältnisse der verschiedenen Radioisotope lieferte dabei äußerst überraschende Ergebnisse. Die drei gängigen Isotopenverhältnisse auf der Basis von Helium, Blei und Neodym entsprachen nämlich nicht denen typischer 60 Millionen Jahre alter Basalte. Vielmehr stimmten sie mit den Werten für die ältesten Gesteine überein und deckten sich sogar mit den entsprechenden Verhältnissen in Chondriten. Daraus ziehen Jackson und seine Mitarbeiter nun in der Zeitschrift „Nature“ (Bd. 466, S. 853) den Schluss, dass diese Basalte tatsächlich Überbleibsel der Urlava sind, aus denen die Erde in ihren Jugendjahren zusammengesetzt war.
Reste der Urschmelze über Jahrmilliarden erhalten
Dieser erste Fund der „Mutter aller Laven“ auf der Erdoberfläche hat weitreichende Konsequenzen. Zeigt er doch, dass der Erdmantel längst nicht so homogen durchmischt ist, wie man bisher glaubte. Vielmehr scheint es im Erdmantel noch Regionen zu geben, in denen Reste der Urschmelze über Jahrmilliarden erhalten geblieben sind. Dass sich die jetzt untersuchten Laven vor bereits 60 Millionen an der Erdoberfläche ergossen, ist unerheblich. Im Vergleich zum Alter der Erde und damit dem Vorkommen der Urschmelze sind 60 Millionen Jahre nämlich nicht mehr als das Zucken einer Wimper.
