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Uralte Erdkruste zeigt einen tektonischen Umbruch vor 2,7 Milliarden Jahren
Seit wann die Erde eine bewegliche Plattenhülle besitzt, ist umstritten. Eine neue Analyse von Blei-Isotopen zeigt, dass die chemischen Spuren uralter Krustenreservoire vor etwa 2,75 bis 2,63 Milliarden Jahren weitgehend aus jüngeren Magmen verschwanden. Dieser Umbruch könnte auf eine zunehmend aktive Plattentektonik und effizienteres Recycling der Erdkruste hinweisen.
Perth (Australien). Die heutige Plattentektonik formt Kontinente, Gebirge und Ozeanbecken, weil sich gewaltige Gesteinsplatten gegeneinander verschieben. An ihren Grenzen kann Kruste im Erdmantel versinken und andernorts neu entstehen. Gerade dieser Kreislauf erschwert es, den Beginn einer solchen Dynamik in der frühen Erdgeschichte zu bestimmen.
Schon vor rund 3,5 Milliarden Jahren bewegten sich einzelne Krustenblöcke offenbar gegeneinander. Das belegt aber noch keine weltweit etablierte Plattentektonik nach heutigem Muster. Eine neue Untersuchung setzt deshalb bei einer anderen Spur an und fragt, wann sich die Quellen neu gebildeter Kontinentalkruste grundlegend veränderten.
Forscher der Curtin University um Dr. Janne Liebmann haben dafür die Verhältnisse verschiedener Blei-Isotope in Feldspäten und Sulfidmineralen untersucht. Weil diese Minerale bei ihrer Bildung nur wenig Uran und Thorium aufnehmen, können sie die ursprüngliche Blei-Zusammensetzung ihres Magmas lange bewahren. Die Isotope liefern damit Hinweise darauf, aus welchen älteren Gesteinsreservoiren ein Magma entstand.
Nach dem Ausschluss möglicherweise nachträglich veränderter Analysen umfasste der Datensatz 1.235 Proben mit unabhängig bestimmten Kristallisationsaltern. Davon stammten 877 aus Australien und 358 aus anderen Regionen, weshalb die räumliche Verteilung nicht gleichmäßig war. Die Auswertung umfasst auch neue Messungen an acht Granitproben aus verschiedenen alten Kontinentkernen.
„Neue Kruste entsteht häufig durch das Aufschmelzen älteren Gesteins, wobei ein charakteristischer chemischer Fingerabdruck zurückbleibt“, erklärt Dr. Janne Liebmann.
Die Blei-Isotope deuten auf mindestens zwei chemisch unterschiedlich zusammengesetzte Krustenreservoire hin, die einst zur Bildung jüngerer Magmen beitrugen. Nach Modellrechnungen trennten sich ihre Ausgangsmaterialien bereits vor etwa 4,0 bis 3,7 Milliarden Jahren vom Erdmantel. Ihre besonderen Signaturen blieben anschließend mindestens eine Milliarde Jahre in der Erdkruste erkennbar.
Zwischen etwa 2,75 und 2,63 Milliarden Jahren änderte sich das Isotopenmuster dann auffällig. Die zuvor stark voneinander abweichenden Blei-Signaturen rückten enger zusammen, während die typischen Spuren der besonders alten Reservoire aus jüngeren Magmen nahezu verschwanden. Einzelne Ausnahmen blieben für eine der alten Quellen allerdings bestehen.
Statistische Analysen bestätigten diese Veränderung sowohl im Gesamtdatensatz als auch in getrennt betrachteten australischen und nichtaustralischen Proben. Dazu wurden die Berechnungen mit jeweils 300 neu gezogenen Stichproben wiederholt, um zufällige Effekte besser erkennen zu können. Der Befund betrifft somit nicht nur eine einzelne Gesteinsregion, auch wenn die Probenverteilung ungleich bleibt.
Eine mögliche Erklärung ist, dass alte Krustenanteile nun vermehrt in den Erdmantel zurückgelangten und neue Magmen stärker mit jüngeren Gesteinsquellen vermischt wurden. Ebenso könnten Magmen zunehmend an beweglichen Plattengrenzen entstanden sein, statt vor allem innerhalb alter Krustenblöcke. Beides würde zu einem Übergang hin zu effizienterem Krustenrecycling passen.