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Das in Ostindien gelegene Singhbhum Kraton ist ein mehr als drei Milliarden Jahre altes Zeugnis der Entstehung der Kontinente.
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Das in Ostindien gelegene Singhbhum Kraton ist ein mehr als drei Milliarden Jahre altes Zeugnis der Entstehung der Kontinente.

Ostindien

Als sich erste Landmassen aus dem Wasser erhoben

Fachleute analysieren, wie sich vor mehr als drei Milliarden Jahren die Ur-Kontinente bildeten – dafür untersuchten sie altes Gestein in Ostindien.

Die Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – als eine unbewohnbare, glühend heiße und teilweise aufgeschmolzene Kugel im All. Nach einigen Millionen Jahren war sie soweit abgekühlt, dass sich Wasser auf ihrer Oberfläche sammeln konnte. Kontinente gab es zunächst nicht. Erst vor gut drei Milliarden Jahren hoben sich die ersten Landmassen allmählich aus dem Ur-Ozean – ein Prozess, der nicht nur die Gestalt der jungen Erde, sondern auch ihre weitere Entwicklung entscheidend beeinflussen sollte.

Wann und wie die Ur-Kontinente sich formten, ist bisher nicht abschließend geklärt. Eine aktuelle Studie gibt dazu neue Hinweise. Forschende um Priyadarshi Chowdhury von der Monash University in Melbourne (Australien) haben den Ablauf der Kontinentbildung rekonstruiert, indem sie Milliarden Jahre alte Gesteinsreste aus Indien analysiert haben.

Zentrales Ergebnis: Die ersten Landmassen bildeten sich bei Schmelzprozessen innerhalb der von Wasser bedeckten, primitiven Kruste der Erde. Anders als in einigen früheren Untersuchungen vermutet, spielten plattentektonische Prozesse – also die Verschiebung mächtiger Gesteinsplatten – dabei keine Rolle.

Die Folgen der Kontinentbildung waren erheblich: So reicherte sich etwa mit dem Auftauchen der frühen Kontinente die Atmosphäre mit Sauerstoff an, die ersten Lebensformen vermehrten und verbreiteten sich, berichtet das Forscherteam in den „Proceedings“ der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften („PNAS“).

Bevor sich die Kontinente bildeten, war die Erde nahezu vollständig von Wasser bedeckt. Es gab allerdings weder Tiefseegräben noch flache Schelfmeere, der Ozean verteilte sich recht gleichmäßig über die Erdkugel, erläutert Oliver Nebel, einer der an der Studie beteiligten Forscher. „Möglicherweise gab es einzelne Inseln, vielleicht nicht unähnlich denen von Hawaii oder Island.“ Dabei habe es sich allerdings nur um Lava-Gesteinsbrocken in einem einzigen, weiten Ozean gehandelt.

Die Atmosphäre der Erde war weitgehend frei von Sauerstoff, sie bestand vor allem aus Stickstoff und Kohlendioxid. Leben gab es nur in Form von Bakterienmatten in den flachen Gewässern, sogenannten Stromatolithen. „Wenn wir in der Zeit zurückreisen könnten, mehr als dreieinhalb Milliarden Jahre, hätten wir einen Raumanzug gebraucht“, sagt Nebel. „Nicht nur, weil unsere Atmosphäre keinen Sauerstoff hatte, sondern weil wir vermutlich auch unter Wasser gelandet wären.“

Die Situation änderte sich vor etwa drei Milliarden Jahren. „Die Kontinente wuchsen und legten sprunghaft an Volumen zu“, erläutert Carsten Münker vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln. Was aber geschah damals genau?

Eine der von Forschern diskutierten Theorien ist, dass die Kontinente infolge von Plattentektonik entstanden, wie sie auch heute auf der Erde zu beobachten ist: Die äußere Hülle der Erde ist in mehrere Teile zergliedert – die Platten – die in ständiger Bewegung sind. Wenn zwei Platten aufeinanderstoßen, kann eine der Platten unter der anderen „versinken“ – sie taucht in die Tiefe des Erdmantels ab und schmilzt unter Zufuhr von Wasser auf. Wenn die Schmelzen wieder aufsteigen, können sich durch Kristallisation an der Oberfläche Landmassen bilden. Beim Zusammenstoß tektonischer Platten können sich auch Gesteinsmassen auftürmen und so Gebirge entstehen.

Doch bereits frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass Plattentektonik in der Frühzeit der Erde womöglich keine Rolle spielte und die Bildung erster Kontinente anders ablief. Carsten Münker etwa war an einer 2012 im Fachmagazin „Geology“ veröffentlichten Arbeit beteiligt, in der die Wissenschaftler Gestein aus Westgrönland untersuchten. Sie entwickelten anhand ihrer Ergebnisse ein Modell, nach dem dieses Gestein bei seiner Entstehung in viel geringerer Tiefe erhitzt wurde, an der Grenze zum Erdmantel.

„Unter Beteiligung von Wasser bildete sich aus dem Basalt zunächst eine Zwischenstufe, sogenannte TTG-Gesteine (Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit-Gesteine), die schließlich in einem weiteren Schritt zu Granit umgewandelt wurden“, erläutert Münker. „Irgendwann hoben sich diese Granitgesteine dann aufgrund ihrer geringeren Dichte aus dem Wasser.“

Ganz ähnlich skizzieren Nebel und der Rest des Teams die Bildung der frühen Kontinente in ihrer Studie. Sie hatten uraltes Gestein des in Ostindien gelegenen Singhbhum Kratons untersucht. Kratone sind die Kerngebiete der frühesten Kontinente, die bis heute in unterschiedlichen Regionen der Erde zu finden sind, etwa auch in Teilen Australiens, Grönlands oder Südafrikas.

Die Forschenden analysierten zum einen das Mineral Zirkon, einem sehr stabilen Bestandteil magmatischer Gesteine – „geochemische Zeitkapseln“, wie Nebel sagt. Über die Messung radioaktiver Zerfallsprozesse in den Zirkonen lassen sich das Alter und die Prozesse der frühen Schmelzbildung in der Erdkruste nachweisen. Chemische Analysen des Gesteins erlaubten es zudem, die Tiefe zu bestimmen, in der das Gestein in der Erdkruste gebildet wurde.

Die Fachleute kommen zu dem Schluss, dass die Kontinente infolge von Schmelzprozessen in der Erdkruste entstanden. Die Kruste veränderte sich dabei, sie reifte: „Durch die andauernde Schmelzbildung wurde die Kruste sehr divers“, erläutert Nebel. Es gab leichtere und schwerere Kruste, sie wurde insgesamt immer dicker. Der ganze Prozess habe Hunderte von Millionen von Jahren gedauert. „Landmassen bewegen sich etwa mit der Geschwindigkeit, mit der unsere Haare und Fingernägel wachsen. Vor circa 3,2 Milliarden Jahren war es dann soweit: Die ersten Kontinente waren so dick, dass sie aus dem Ozean herausragten.“

Die Bildung der Kontinente veränderte nicht nur die Gestalt unseres Planeten, sondern auch die Bedingungen auf der Erde insgesamt erheblich. So änderten sich etwa das Wetter und der Verlauf von Meeresströmungen. Das frisch freigelegte Gestein verwitterte an Land, chemische Nährstoffe wie etwa Phosphor wurden aus dem Gestein gelöst und in die Ozeane getragen. „So wurde frühes Leben in den Ozeanen gefördert“, sagt Nebel.

Und dieses frühe Leben profitierte vermutlich auch von der Ausbildung flacher Meeresbereiche an den Rändern der jungen Kontinente, die mit dem Auftauchen der Gesteinsmassen einherging. Sie stellten vermutlich ideale Lebensräume für Sauerstoff bildende, mikrobielle Lebensformen oder Algen dar, sagt Münker. Deren Wachstum beschleunigte sich, der Sauerstoff-Gehalt im Ozean und nachfolgend in der Atmosphäre stieg. „Infolge der Verwitterungsprozesse des Gesteins wurde zudem Kohlendioxid in Form von Karbonat gebunden, sein Anteil in der Atmosphäre so gesenkt“, erläutert Münker weiter.

Insgesamt wurden mit der Entstehung der frühen Kontinente die wesentlichen Voraussetzungen dafür geschaffen, dass die Entwicklung des Lebens auf der Erde Fahrt aufnehmen kann. Genau wie das Leben auf dem Planeten ist auch dessen geologische Gestalt in beständigem Wandel. Die ersten Kontinente wuchsen weiter, vereinten sich zu Superkontinenten wie Pangäa und Gondwana und trennten sich wieder. Die heutigen Kontinente existieren in ihrer jetzigen Form seit etwa 50 Millionen Jahren – und sind in ständiger Bewegung. (Anja Garms, dpa)

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