30.04.2013, 07:00 Uhr | 0 |

Erdgeschichte 2,45 Mrd. Jahre altes Erdkrusten-Recycling entdeckt

Bostoner Forscher haben anhand winziger Lavakrümel gezeigt, dass sich das ozeanische Erdkrustenmaterial mit dem Erdmantelmaterial nicht vollständig vermischt. Den Beweis dafür liefert Lava, in der Einschlüsse von einem bestimmten Schwefelisotop vorkommen, das nur oberirdisch gebildet werden kann.

Dünnschliff-Aufnahme von Einschlüssen in einer Lava-Probe von der Vulkaninsel Mangaia.
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Dünnschliff-Aufnahme von Einschlüssen in einer Lava-Probe von der Vulkaninsel Mangaia.

Foto: James M.D. Day

Wer Altpapier sammelt und seine Glasflaschen brav zum grünen Recycling-Container bringt und dort einwirft, fühlt sich bisweilen schon als Held der modernen Kreislaufwirtschaft. Doch wahre Größe im Recycling zeigt unsere Erde an ihren Subduktionszonen. Das sind die Nahtstellen zwischen ozeanischer und kontinentaler Kruste. Und dort gibt es ein gewaltiges Geschiebe, denn die beiden Krusten kollidieren und werden übereinander geschoben. Das immer wieder neu gebildete Gestein der ozeanischen Platte wird an diesen Subduktionszonen mit gnadenloser Präzision in den Erdmantel hinab gedrückt. Durch den gewaltigen Druck und die extreme Hitze wird das Gestein dort aufgeschmolzen. „Das weitere Schicksal dieses subduzierten Materials im Erdmantel ist jedoch unbekannt“, erklärt Rita Cabral von der Boston University, die jetzt mit genau diesem Material den Riesen-Recycling-Kreislauf unseres Planeten entdeckt hat.

Lava der polynesischen Vulkaninsel Mangaia untersucht

Die Lava brachte es an den Tag. Denn in der Lava einiger Vulkane gab es immer wieder Einschlüsse, die in ihrer Zusammensetzung eher dem Krustengestein, als dem des Erdmantel zu gleichen schien. Einer dieser ins Forscher-Visier geratenen Feuerberge ist die Vulkaninsel Mangaia, die zu den polynesischen Cook-Inseln im pazifischen Ozean gehört und zu weiten Teilen aus Basaltlava besteht. Diese Ablagerungen vulkanischen Gesteins haben sich im Verlauf der letzten rund 20 Millionen Jahre dort angesammelt.

Genau dieses Lavagestein haben Rita Cabral und ihre Kollegen von der Boston University sich jetzt noch einmal sehr gründlich vorgenommen. Die detektivische Suche galt Einschlüssen aus konservierten Mineralen alten Krustengesteins in der Lava. „Wir haben dafür tausende von Olivin-Fragmenten aus mehreren Kilogramm Gestein einzeln unter dem Mikroskop untersucht“, berichten die Forscher-Detektive. Ihre Suche galt Einschlüssen von Schwefelverbindungen, die groß genug waren, um damit Analysen fahren zu können. Fündig wurden sie in genau zwei winzigen Körnchen.

Einschlüsse vom Schwefel-Isotop-33 liefern den Beweis

Die Fahndung der Forscher galt einem ganz bestimmten Isotop des Schwefels, dem Isotop Schwefel-33. Dieses Isotop wurde nur in der Frühzeit der Erdgeschichte im Krustengestein gebildet. Soviel ist bekannt. In dieser Frühzeit der Erdgeschichte gab es noch kein Ozon und kaum Sauerstoff in der Atmosphäre und die ultraviolette Strahlung konnte ungehindert auf die Erdoberfläche gelangen. Dieser Prozess stoppte vor etwa 2,45 Milliarden Jahren, weil ab dann Sauerstoff- und Ozongehalt stark angestiegen waren und das UV-Licht kaum mehr eine Chance hatte durchzudringen.

Und in der Tat wurden die Forscher-Detektive bei ihrer Spurensuche nach dem verdächtigen Krustenschwefel-Isotop in der Lava von Mangaia fündig. Nun kommt Logik ins Spiel, denn schließlich war damals niemand dabei, als sich Krusten- und Mantelgestein mischten. Da das Schwefel-Isotop nur an der Erdoberfläche gebildet wurde, kann die Lava nicht nur aus reinem Mantelgestein bestehen. Sie muss Teile alter, damals in die Tiefe abgesunkener Erdkruste enthalten. Die Bostoner Forscher haben auch das Alter dieser Krustenreste in der Lava vom Mangaia-Vulkan bestimmt. Über 2,45 Milliarden Jahre sind die Krustenreste in der Tiefe des Erdmantels geblieben, bevor sie der Vulkan wieder ausgespuckt hat. „Der untere Mantel könnte quasi eine Art Friedhof für subduzierte Urzeit-Kruste darstellen“, vermuten die Wissenschaftler.

Vor fast 100 Jahren brachte Alfred Wegener den Kontinentaldrift ins Spiel

Die Subduktion ist ein Begriff aus der geowissenschaftlichen Theorie der Plattentektonik. Der deutsche Geowissenschaftler Alfred Wegener folgerte in seinem 1915 veröffentlichen Buch „Die Entstehung der Kontinente und Ozeane“ aus der genauen Passung der Küstenlinien von Südamerika und Afrika einen Kontinentaldrift. Ein großer Urkontinent, Pangea, sei in der erdgeschichtlichen Vergangenheit auseinandergebrochen und drifte seitdem auseinander. Das Gesicht der Erde sei daher kein statisches, sondern ein sich langsam, aber stetig veränderndes. Die große Gemeinde der Wissenschaftler konnte Wegener seinerzeit nicht folgen. Aber die Wissenschaft schreitet ja bekanntlich voran und so wurde dem damals verlachten Pionier einer bewegten Erdoberfläche später Recht gesprochen. Man fand heraus, dass der Meeresboden an keiner Stelle älter ist als 200 Millionen Jahre und fand spiegelsymmetrische magnetische Polungs-Streifenmuster links und rechts vom Mittelatlantischen Rücken.

Daraus ergab sich das abgerundete Bild eines sich ständig erneuernden Ozeanbodens. Aus dem Mittelatlantischen Rücken strömt ständig neue Lava aus, die in den Tiefseerinnen, den Subduktionszonen, wieder im Erdinneren verschwinden. Wegen der starken seismischen und vulkanischen Aktivität wird diese Zone auch als Pazifischer Feuerring, als ring of fire, bezeichnet.

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Von Detlef Stoller
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