Geologen geben dem Mantel die Schuld für eine Milliarden-Jahre-Lücke im Gesteinsrekord, weil natürlich nie der Mantel schuld ist

Im Grand Canyon gibt es eine Linie im Gestein, an der die Zeit einfach aufgegeben zu haben scheint. Unten liegen uralte kristalline Gesteine, oben Sandsteine aus der kambrischen Explosion, und dazwischen klafft eine Lücke im geologischen Rekord, die so unverschämt ist, dass sie einen eigenen Namen hat: die Große Diskordanz. „Diese Lücke kann zwischen 200 Millionen Jahren, was nicht besonders beeindruckend ist, und mehr als einer Milliarde Jahren liegen“, sagt Nicolas Flament, Geowissenschaftler an der University of Wollongong, Australien. Also von leicht beeindruckend bis extrem beeindruckend, je nach Toleranz für fehlende Äonen.

In einer aktuellen Studie in Nature argumentieren Flament und sein Kollege Santosh Dhungana, dass diese Lücke mit Hilfe aus dem tiefen Inneren des Planeten entstanden ist. Ihren Modellen zufolge drückten langsame Strömungen heißen Gesteins im Erdmantel ganze Kontinente Hunderte Millionen Jahre lang nach oben, ließen Gletscher sie abschleifen und dann wieder absinken, sodass frische Sedimente die Narbe begraben konnten. Das größte Loch im Gesteinsrekord könnte ein Fingerabdruck von Prozessen tief im Inneren des Planeten sein – denn offenbar hat selbst die Geologie einen undurchsichtigen Tiefen Staat.

Die ältesten Sedimente, die in Nordamerika auf der Großen Diskordanz liegen, sind zwischen 635 und 482 Millionen Jahre alt. Geologen haben sie über den größten Teil Nordamerikas sowie Teile Nordeuropas und Nordchinas verfolgt. „Es scheint etwas passiert zu sein, insbesondere in Nordamerika“, sagt Flament. Was eine höfliche Art ist zu sagen, dass der Rest der Welt vergleichsweise glimpflich davongekommen ist.

Die führende Erklärung war Vereisung. Vor etwa 720 bis 635 Millionen Jahren erreichten Gletscher die Tropen, und einige Wissenschaftler glauben, dass der gesamte Planet zufror – ein Szenario namens Schneeball Erde. „Eisschilde sind sehr gut darin, die Oberfläche zu mahlen, zu scheuern und abzukratzen“, erklärt Flament. Er sagte, Gletscher seien etwa zehnmal effektiver als Flüsse beim Abtragen von Gestein. Aber wenn der ganze Planet zugefroren wäre, müsste die Große Diskordanz überall zu finden sein. Ist sie aber nicht. Peinlich.

Andere Erklärungen umfassten Rifting – das Auseinanderziehen und Dehnen der Erdkruste – und einen globalen Meeresspiegelabfall. Doch Rifting wirkt hauptsächlich an den Rändern der Kontinente, und eine Meeresspiegeländerung hätte alle Kontinente gleichermaßen betreffen müssen. „Es besteht kein Zweifel, dass es eine ausgedehnte Vereisung gab. Es besteht kein Zweifel, dass es im Laufe der Zeit Meeresspiegeländerungen gab. Die Frage ist, ob das ausreichte, um das Rätsel der Großen Diskordanz zu lösen?“, sagt Flament. Die Antwort war offenbar nein.

Eine vierte Idee besagte, dass der Mantel selbst die Kontinente hob und senkte – ein Prozess namens dynamische Topographie. „Es war vorgeschlagen worden, aber es war nicht quantitativ getestet worden“, sagt Flament. Also machte sich sein Team daran – denn irgendwann muss ja jemand die Hausaufgaben überprüfen.

Von etwa 100 bis 200 Kilometern unter der Oberfläche bis fast 3.000 Kilometer tief konvektiert der Erdmantel langsam. „Eine Analogie wäre eine Lavalampe, bei der etwas hochkommt und etwas runtergeht“, erklärt Flament. „Kaltes Gestein sinkt und heißes Gestein steigt auf.“ Der Mantel ist fest, doch ein Gesteinsbrocken kann in etwa 200 Millionen Jahren langsam von der Oberfläche ins tiefe Erdinnere wandern. Diese Bewegung zieht an der Oberfläche. Wo kalte Platten des Ozeanbodens an Subduktionszonen in den Mantel sinken, wird der Boden nach unten gezogen; wo heißer Mantel aufsteigt, wird er nach oben gedrückt. Die Amplitude dieser Auf- und Abbewegung ist jedoch noch umstritten. „Kurz gesagt: mehrere Hundert Meter, und es muss noch genau geklärt werden, was der genaue Wert ist“, sagt Flament. Also: Hunderte Meter, plus oder minus ein paar Hundert Meter.

Dhungana und Flament führten sechs Simulationen der Mantelkonvektion über eine Milliarde Jahre durch, angetrieben von Rekonstruktionen der Plattenbewegungen in dieser Zeit. Dann gruppierten sie Regionen, in denen der Boden auf ähnliche Weise stieg und fiel, um herauszufinden, wo sich die Diskordanz gebildet haben sollte und wo sie bis heute überdauert haben sollte. Flament sagt jedoch, die Startkonfiguration dieser Simulationen