Uralte Erde bekam ihre Kruste durch Asteroiden in Form gehämmert, argumentieren Wissenschaftler

Die Erde ist der einzige Planet, von dem wir wissen, der schwimmfähige, siliziumreiche Kontinente besitzt, aber Geologen können sich immer noch nicht einigen, wie sie entstanden sind. Das älteste kontinentale Gestein stammt aus der Zeit vor etwa vier Milliarden Jahren, doch die Erde ist viereinhalb Milliarden Jahre alt – eine Lücke von 500 Millionen Jahren, die jahrzehntelange Debatten befeuert hat. Tim Johnson, Geologe an der Curtin University in Perth, Australien, und seine Kollegen argumentieren nun, dass das fehlende Puzzleteil kosmisch ist: Ein intensiver, anhaltender Beschuss durch Asteroideneinschläge hielt die frühe Kruste heiß und dünn genug, um schwimmfähige Kontinente möglich zu machen. Kurz gesagt, die Länder, auf denen wir leben, existieren, weil uralte Weltraumgesteine den Planeten windelweich geprügelt haben.

Das Problem ist, dass geologische Beweise aus der frühen Erdgeschichte fast nicht existieren. Die ältesten bekannten kontinentalen Gesteine kristallisierten vor etwa 4,03 Milliarden Jahren, am Ende des Hadaikums (der ersten 500 Millionen Jahre). Seltene basaltische Gesteine stammen aus der Zeit vor etwa 4,2 Milliarden Jahren, und einige Zirkonkristalle verschieben die Grenze auf 4,4 Milliarden Jahre. Darüber hinaus gibt es kaum etwas. Daher haben sich Wissenschaftler auf fundierte Vermutungen gestützt, was zu zwei dominierenden Ideen führte: Die Plattentektonik war bereits im Hadaikum aktiv, wobei sich Kruste über Subduktionszonen bildete, oder die frühe Erde war zu heiß für starre Platten, und die Kruste bildete sich über Mantelplumes (denken Sie an Wachsklumpen in einer Lavalampe). Beide Ideen hatten jedoch ein Hitze-Problem. Die Erde schien allein aufgrund interner Wärmequellen zu kalt für beide Prozesse. Wie Johnson es ausdrückte: „Niemand konnte es passend machen, weil wir die Energie von außerhalb der Erde nicht berücksichtigt haben.“

Diese äußere Energie stammte von Asteroiden- und Meteoriteneinschlägen, die viel häufiger waren, als das Sonnensystem jung war. Aber die Erde hat eine besondere Art, ihre Narben zu verstecken – die Plattentektonik recycelt die Oberfläche zurück in den Mantel. Also schaute Johnsons Team auf den Mond, dem die Plattentektonik fehlt und der noch die Spuren uralter Einschläge trägt. Durch Kalibrierung der Kraterzahlen anhand datierter Mondproben schätzten sie, wie oft große Körper unseren himmlischen Nachbarn trafen. Hochgerechnet auf die größere Größe und stärkere Schwerkraft der Erde kamen sie zu dem Schluss, dass der Planet von Tausenden von Impaktoren mit mehr als 10 Kilometern Durchmesser getroffen worden sein muss. Als sie die freigesetzte Energie berechneten, übertraf die Einschlagserwärmung die radiogene und Kernwärme für den größten Teil des Hadaikums um etwa eine Größenordnung.

Als sie dieses überarbeitete Wärmebudget in geodynamische Simulationen einspeisten, fanden sie heraus, dass die Erdkruste im Hadaikum dünn (weniger als 5 Kilometer dick) und darunter weitgehend geschmolzen war, mit weit verbreiteter partieller Schmelze, die bereits 2 bis 3 Kilometer unter der Oberfläche begann. In etwa 5 Kilometern Tiefe überstiegen die Schmelzfraktionen 30 Volumenprozent – weit über dem Punkt, an dem Gestein als zusammenhängende Platte zusammenhält. Plattentektonik konnte einfach nicht funktionieren. „Subduktion und Plattentektonik erfordern, dass Ihre Lithosphäre starr ist und sich herumschubsen und subduzieren kann“, sagte Johnson. „Das ist einfach nicht möglich, wenn unsere Berechnungen auch nur annähernd richtig sind.“

Die Simulationen produzierten auch einen vollständigen Recycling der Kruste zurück in den Mantel, wobei Material in Tiefen von mindestens 600 Kilometern abtropfte. Dies erklärt, warum so wenig hadaische Kruste überlebt hat und warum schockverformte Zirkone fast fehlen – die Schmelze absorbierte Schockwellen, bevor sie bleibende Schäden hinterlassen konnten. Als die Einschlagsrate zwischen 3,9 und 3,5 Milliarden Jahren zurückging, übernahmen interne Wärmequellen, der obere Mantel kühlte ab, und die Kruste verdickte sich auf etwa 30 Kilometer im frühen Archaikum. Diese dickere, kühlere, starrere Kruste unterstützte schließlich die Plattentektonik, und die ersten kontinentalen Gesteine erscheinen etwa zur gleichen Zeit im geologischen Archiv. „Sobald Sie dicke Kruste erzeugen und eine Mantellithosphäre darunter erzeugen können, können Sie mit dem Bau von Kontinenten beginnen“, sagte Johnson.

Das Team gibt zu, dass ein Großteil des Arguments auf physikbasierter Modellierung und nicht auf Gesteinsproben beruht, aber Johnson hält das angesichts der Knappheit an Beweisen für gerechtfertigt.