Grönländische Felsen verschieben geologische historische Perspektiven

In der Isua-Bergkette im Südwesten Grönlands wurde Gestein entdeckt, das etwa 3,4 Milliarden Jahre alt ist und wertvolle Informationen über die Struktur der Erde während ihrer frühesten Entwicklungsstadien bereithält. Diese Entdeckung wurde von einem französisch-dänischen Fors...

In der Isua-Bergkette im Südwesten Grönlands wurde Gestein entdeckt, das etwa 3,4 Milliarden Jahre alt ist und wertvolle Informationen über die Struktur der Erde während ihrer frühesten Entwicklungsstadien bereithält. Diese Entdeckung wurde von einem französisch-dänischen Forscherteam des Labors für Magma und Vulkane, einer gemeinsamen Forschungsgruppe der Universität Blaise Pascal, dem Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) und dem Institut für Forschung und Entwicklung (IRD), gemacht. Ihre Forschung wurde hauptsächlich durch eine Finanzhilfe für Nachwuchsforscher (Starting Grant) des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) gefördert. Die Forscher faszinierte, dass die Felsen kein Neodym-142 enthielten, ein für die Untersuchung der Erdentstehung wesentliches chemisches Element.

Dieses fehlende chemische Element unterstützt die Hypothese, dass die Erde aus einem Ozean aus geschmolzenem Magma entstand, das allmählich abkühlte, etwa 100 bis 200 Millionen Jahre nach ihrer Entstehung. Aus der Forschungsarbeit, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, geht hervor, dass "die ersten unbestreitbaren Beweise für eine sehr frühe Differenzierung der Silikaterde aus der Zeitmessung von nicht mehr existierendem 146Sm-142Nd stammen".

Es wird angenommen, dass sich die Erde vor 4,58 Milliarden Jahren durch Akkretion von Material im Sonnensystem gebildet hat. Die Abwärme des Akkretionsprozess und der Zerfall von radioaktiven Elementen, führten zur Schmelze dieses Materials. Deshalb bestand die Erde 100 bis 200 Millionen Jahre nach ihrer Entstehung wahrscheinlich aus einem Meer von Magma, in dessen Mitte sich ein metallischer Kern bildete. Im Laufe der Jahre kühlte das Meer allmählich ab und wie bei flüssiger Schokolade an einem kalten Tag entstand die Erdkruste und bald folgte der Prozess der Kontinentalverschiebung. Die Kristallisation des geschmolzenen Magma wurde wahrscheinlich von der chemischen Schichtung der Erde begleitet: konzentrische Schichten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen wurden differenziert. Im Isua-Gestein fanden die Forscher die Abdrücke genau dieser ursprünglichen Inhomogenitäten.

Was die Wissenschaftler faszinierte und ihre Aufmerksamkeit erregte, war das Fehlen eines wichtigen chemischen Elements, dem Isotop Neodym-142, das durch den Zerfall des inzwischen nicht mehr existierenden radioaktiven Isotops Samarium-146 entstand. Der Gehalt an Neodym-142 ist nahezu identisch in allen terrestrischen Gesteinen. Nur zwei Ausnahmen wurden bisher entdeckt, in bestimmten 3,7 Milliarden Jahren altem Gestein in Kanada und in Grönland. Die Zusammensetzung dieses Gesteins zeugt von den ursprünglichen Inhomogenitäten, die sich bei der Kristallisation des Magmaozeans gebildet haben.

Im Jahr 2003 beobachteten zwei Gruppen französischer Forscher zum ersten Mal einen Überschuss von Neodym-142 in einigen Felsen in der gleichen Region. Wenn ein solcher Überschuss in einigen Schichten der ursprünglichen Erde gefunden besteht, würde dies bedeuten, dass dieses Isotop in anderen Schichten erschöpft ist. Doch bis zu den neuen Erkenntnissen des französisch-dänischen Teams, blieb das Neodym-142-Defizit neun Jahre lang eine Hypothese. Mit dem ausgeklügelten Verfahren der thermischen Ionisationsmassenspektrometrie führten die Forscher eine sehr detaillierte Analyse der Konzentration von Neodym-142 in den Isua-Gesteinsproben durch. Sie entdeckten ein Neodym-142-Defizit von 10,6 Anteilen pro Million (ppm), die der "Magma-Ozean-Theorie" Gewicht verleiht.

Gemäß ihrem Artikel "zeugen die Ergebnisse vom Vorliegen einer angereicherten Komponente im Hadean und könnten darauf hindeuten, dass der südwestliche Grönland-Mantel bis vor mindestens 3,4 Gyr [Milliarden Jahre] früh gebildete Heterogenitäten beibehielt."

Diese Erkenntnisse sollen helfen, Modelle der inneren Dynamik der Erde während der frühen Phasen der Entwicklung zu verbessern. Durch die Entdeckung eines Neodym-142-Defizits in relativ jungem Gestein, die sich rund eine Milliarde Jahre nach der Kristallisation des Magmas-Ozeans gebildet haben, haben die Forscher gezeigt, dass die ursprünglichen Inhomogenitäten länger andauerten als zuvor durch konvektive Bewegungen im Erdmantel eliminiert wurden. Um umfassendere Daten zu erhalten, wollen die Wissenschaftler nun die Zusammensetzung anderer Gesteine gleichen Alters, zum Beispiel in Kanada, Südafrika und China, studieren.Weitere Informationen finden Sie unter: Nature: http://www.nature.com CNRS: http://www.cnrs.fr/

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