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Gebirge könnten komplexes Leben auf der Erde ausgelöst haben
Die Gebirge der frühen Erde waren vermutlich deutlich niedriger als heutige Hochgebirge. Eine Auswertung von Gesteinen aus ehemaligen Gebirgswurzeln zeigt zwei Phasen, in denen die Erdkruste unter Gebirgen wesentlich mächtiger werden konnte. Diese Veränderungen fallen zeitlich mit erhöhten Nährstoffeinträgen in die Ozeane und wichtigen Sauerstoffanstiegen zusammen und könnten so komplexes Leben begünstigt haben.
Vancouver (Kanada). Die Höhe eines Gebirges hängt nicht nur von Kollisionen der Erdplatten ab, sondern auch davon, wie stark und mächtig die darunterliegende Kruste werden kann. Im Laufe der Erdgeschichte haben sich diese Voraussetzungen verändert. Deshalb konnten die frühen Gebirge offenbar nicht die Höhen heutiger Gebirgsketten erreichen.
Solche Unterschiede beeinflussen auch Prozesse weit jenseits der Gebirgsregionen. Wo sich viel Gestein über den Meeresspiegel erhebt, greifen Verwitterung und Erosion an und transportieren gelöste Elemente über Flüsse in die Ozeane. Darunter ist Phosphor, der die Produktion von Biomasse im Meer begrenzen kann.
Forscher der University of British Columbia (UBC) um Prof. Matthijs A. Smit haben die Druck- und Temperaturspuren in metamorph umgewandelten Gesteinen aus verschiedenen Erdzeitaltern verglichen. Viele dieser Gesteine waren bei Gebirgskollisionen tief in die Erdkruste versenkt worden und gelangten erst später wieder an die Oberfläche. Ihre Mineralzusammensetzung und Altersdaten ermöglichen Rückschlüsse auf den Druck bei der Umwandlung und damit näherungsweise auf die frühere Mächtigkeit der Gebirgskruste.
Entscheidend sind vor allem die höchsten über größere Gebiete nachweisbaren Druckwerte, nicht einzelne extreme Fundstücke. Das Team kombinierte vorhandene Messungen mit zusätzlichen Alters- und Druckdaten und verglich die Ergebnisse mit unabhängig rekonstruierten Veränderungen von Meer und Atmosphäre. Die Gipfelhöhen wurden dabei nicht direkt gemessen, sondern aus der geschätzten Krustenmächtigkeit und weiteren Annahmen abgeleitet.
Die erste große Veränderung erstreckte sich über einen langen Zeitraum vor etwa 2,7 bis 2,2 Milliarden Jahren. Zuvor deuten die Gesteinsdaten auf vergleichsweise geringe maximale Versenkungstiefen um 30 Kilometer hin. Später konnten Gebirgsgürtel eine Krustenmächtigkeit von ungefähr 55 bis 60 Kilometern erreichen, was rechnerisch Gebirgen von etwa fünf Kilometern Höhe entspricht.
Die zweite Veränderung folgte etwa vor 800 bis 700 Millionen Jahren. Seitdem konnten Gebirgssysteme eine bis zu rund 85 Kilometer mächtige Kruste entwickeln und Höhen erreichen, die mit den höchsten Gebirgen der Gegenwart vergleichbar sind. In der Studie entspricht dies einer rechnerischen Maximalhöhe von rund 8,8 Kilometern, wobei Annahmen über Krustendichte und Meeresspiegel die Schätzung beeinflussen.
„Und das entspricht einem Anstieg der maximalen Höhe von einem über 4,5 auf neun Kilometer“, erklärt Prof. Matthijs A. Smit.
Als mögliche übergeordnete Ursache gilt die langfristige Abkühlung des Erdmantels. Sie könnte die mechanischen Eigenschaften der Erdplatten und die Art verändert haben, wie Kruste bei Kollisionen verdickt und versenkt wird.
„Wir vermuten, dass diese Zunahmen letztlich mit der Abkühlung unseres Planeten zusammenhängen“, erklärt Smit.