Der Erde fehlt ein Teil ihrer Kruste, und jetzt haben Wissenschaftler einen neuen Hinweis darauf, was schuld ist: Viele Gletscher.
Vor fast 720 Millionen Jahren war die Erde in globales Eis gehüllt, eine Ära, die als Schneeball Erde bekannt ist. Das Mahlen dieser weltweiten Eisplatten hat möglicherweise zwischen 3 und 5 Kilometer Kruste in die Ozeane geschleudert, berichteten Forscher am 31. Dezember. Dort knirschte die Plattentektonik sie zurück in die heiße Mittelschicht der Erde, den Erdmantel, und recycelte sie es in neuen Rock.
Wenn die Wissenschaftler Recht haben, erklärt Snowball Earth ein sehr seltsames Merkmal der Geologie, das als große Unkonformität bezeichnet wird. Weltweit gesehen bezieht sich diese Nichtübereinstimmung auf eine Schicht, in der Sedimentgesteine direkt auf dem ältesten Grundgestein der Kruste abgelagert wurden. Seltsamerweise fehlen zwischen diesem magmatischen oder metamorphen Keller und den ältesten erhaltenen Sedimentgesteinen Hunderte Millionen Jahre Sedimentschichten. Im Grand Canyon zum Beispiel fehlen einfach umwerfende 1,2 Milliarden Jahre Fels.
Mineralisches Geheimnis
C. Brenhin Keller, Geochronologe an der University of California in Berkeley, versuchte nicht, die große Unkonformität zu erklären, als er seine Forschungen zu Zirkonen startete, Mineralien, die so zäh und robust sind, dass sie länger überleben als alle anderen Teile der Kruste auf der Erde. Die ältesten Zirkone sind 4,4 Milliarden Jahre alt und nur 165 Millionen Jahre jünger als der Planet selbst.
Da Zirkone so gut wie alles überleben können, halten sie Aufzeichnungen über die Erdkruste, selbst wenn sie im Mantel geschmolzen, neu gemischt und recycelt werden, um neues Gestein zu bilden. Keller und sein Team sammelten Daten zu rund 34.000 Zirkonen, wobei sie sich auf die Werte bestimmter Isotope oder molekularer Varianten konzentrierten, die als Hafnium-176 und Hafnium-177 bezeichnet werden.
Hafnium-176 ist ein Isotop des silbernen Metallelements Hafnium, das sich beim radioaktiven Zerfall von Lutetium, einem weiteren Silberelement, bildet. Lutetium neigt dazu, im Mantel zu bleiben, anstatt sich in Magma einzubauen und durch Vulkanausbrüche in die Kruste zu schießen, sagte Keller gegenüber Live Science. Infolgedessen ist der Mantel besonders reich an Lutetium, und daher ist er auch reich an Hafnium-176, das sich als Lutetiumzerfall bildet. Im Vergleich dazu ist die Kruste reich an einem anderen Isotop von Hafnium, Hafnium-177. Aus diesem Grund kann das Verhältnis von Hafnium-176 zu Hafnium-177 in einem Zirkon den Forschern sagen, ob sich dieser Zirkon aus Magma gebildet hat, das aus dem Mantel stammt - oder aus Magma, das aus dem Schmelzen der alten Kruste recycelt wurde.
Recycelte Kruste
Sehr zur Überraschung von Keller und seinen Kollegen zeigten die Verhältnisse im Zirkon, dass eine große Menge alter Kruste recycelt und umgeschmolzen worden war, um neue Zirkone herzustellen, und das alles auf einmal. Es war "wirklich dramatisch", sagte Keller.
"Wenn Sie dies auf globaler Ebene tun möchten, müssen Sie viel Kruste heiß machen und sie zu neuem Magma schmelzen", sagte er.
Um dies schnell zu erreichen, müsste viel Kruste in der unteren Kruste schnell schmelzen, sagte Keller, oder sie müsste in einem als Subduktion bezeichneten Prozess in den Mantel am Meeresboden gedrückt werden. Glücklicherweise hinterlässt das Reisen durch Wasser einen bestimmten Satz molekularer Fingerabdrücke auf den Sauerstoffmolekülen in Zirkonen, sodass Keller und sein Team überprüfen konnten, ob die Zirkone (und die Felsen, in denen sie sich einst befanden) eine wässrige Reise unternommen hatten. Es stellte sich heraus, dass sie hatten.
Eine Geschichte tauchte auf: Massive Mengen an Kruste, die ziemlich plötzlich in Subduktionszonen des Ozeans überführt wurden, um wieder in den Mantel zu knirschen. Aber wenn all diese Kruste in den Ozean gelangt wäre, hätte wahrscheinlich jemand die Erosion bemerken müssen, sagte Keller.
"Und tatsächlich haben wir - in der großen Unkonformität", sagte er.
Sauber gewischt
Keller räumt ein, dass dies eine außergewöhnliche Behauptung ist und außergewöhnliche Beweise erfordern wird. Er und seine Kollegen haben einen Schritt unternommen, um einige dieser Beweise zu liefern, indem sie sich eine andere Forschungsrichtung über Einschlagkrater angesehen haben. Vor rund 700 Millionen Jahren wurden die Einschlagkrater der Erde fast sauber gewischt. Nur zwei riesige Krater, das Sudbury-Becken in Kanada und der Vredefort-Krater in Südafrika, stammen aus der Zeit vor der Schneeball-Erde - und diese Krater waren erstaunlich groß und hatten ursprünglich einen Durchmesser von 150 km bzw. 300 km. Sie wurden auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe erodiert.
Keller und sein Team glauben, dass die Gletscher der Schneeballerde alle anderen Einschlagkrater abgewischt haben und auch ein wenig von der Spitze von Sudbury und Vredefort abgekratzt haben. Nach ihren Berechnungen wurden durchschnittlich 3 bis 5 km Kruste von den Eisplatten der Schneeballerde über 64 Millionen Jahre hinweg abgekratzt. An einigen Stellen, sagte Keller, war der Verlust größer, und an anderen ging überhaupt keine Kruste verloren.
Das Eis hätte jedes Jahr nur durchschnittlich 0,0625 Millimeter Schmutz rasieren und von der Kruste schaukeln müssen, um dieses Kunststück zu vollbringen, sagte Keller. Das ist selbst für moderne Gletscher ein Kinderspiel, sagte er. Heutzutage liegen die Erosionsraten für kontinentale Eisplatten zwischen 0,1 und 4,8 mm (0,004 bis 0,19 Zoll), wobei steile Berggletscher jährlich fast 100 mm (4 Zoll) Gestein und Schmutz bewegen.
Wissenschaftler hatten Gletscher zuvor als mögliche Ursache für die große Nichtübereinstimmung angesehen, aber die Idee sei weitgehend aufgegeben worden, sagte Keller. Ein 1973 veröffentlichter Artikel über die Idee des Geologen William White von der University of North Carolina konnte kein einziges Zitat von anderen Forschern erhalten. Andere Theorien beinhalten das Unmögliche (riesige Gezeiten, die das Land sauber gewischt haben, aber es hätte erforderlich gemacht, dass sich der Mond Milliarden von Jahren später als tatsächlich gebildet hat) und das Vernünftigere (die Hebung und anschließende Verwitterung eines massiven Superkontinents).
Es ist möglich, dass sowohl die Hebung als auch die Gletscher eine Rolle bei der Beseitigung von Kilometern Kruste spielten, sagte Keller. Im Jahr 2013 fanden Forscher heraus, dass Gesteine aus der Zeit der Schneeballerde Kohlendioxid aus der Atmosphäre eingefangen und gespeichert hatten, möglicherweise weil die Gesteine durch extreme Witterungseinflüsse besonders porös geworden waren. Diese Abscheidung von Kohlendioxid könnte eine globale Abkühlung ausgelöst haben, die Kehrseite der globalen Erwärmung, die in der Neuzeit aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe auftritt. Die Abkühlung hätte zu einem globalen Eisklima führen können, und die daraus resultierenden Gletscher hätten die Erosion noch weiter beschleunigen können.
Keller und sein Team arbeiten daran, finanzielle Mittel zu erhalten, um die tiefen Kellergesteine unter der großen Unkonformität zu testen und herauszufinden, wann sie an die Oberfläche gehoben wurden. Das Aufdecken des Zeitpunkts der Hebung und der Vereisung könnte helfen, zu klären, was die Schneeball-Erde ausgelöst hat - und was letztendlich für die verschwindende Erdkruste verantwortlich ist.
Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um anzuzeigen, dass sich der Mond "später" und nicht "früher" bilden müsste, um eine fehlende Gezeitentheorie zur Erklärung der fehlenden Schichten zu unterstützen.
