Wann erhob sich Festland aus dem Meer?

Die heutige Erdoberfläche ist zu 71 % von Ozeanen und zu 29 % von Festland bedeckt. Die Frage, wann sich die Festlandmassen aus dem Meer erhoben, wird unter Wissenschaftlern aber immer noch kontrovers diskutiert.

Neue Untersuchungen der Jacobs University in enger Kooperation mit der Universität Bonn und der Universität Köln zeigen nun, dass bereits vor 2.700 Mio. Jahren große Festlandmassen auf der Erde existierten. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Geology veröffentlicht (DOI: 10.1130/G35014.1).

Einer Forschergruppe unter Leitung von Michael Bau, Professor für Geowissenschaften an der Jacobs University, und seinem Doktoranden Sebastian Viehmann gelang es, gemeinsam mit Dr. Elis Hoffmann (Universität Bonn) und Prof. Carsten Münker (Universität Köln) erstmals die Isotopenzusammensetzung der Spurenelemente Hafnium und Neodym in 2.700 Mio. Jahre altem Meerwasser zu bestimmen, indem sie hochreine chemische Sedimentgesteine der Temagami Eisenformation (Kanada) als Archiv benutzten.

Frühere Arbeiten der Jacobs University hatten bereits gezeigt, dass diese Gesteine nur Stoffe enthalten, die ursprünglich im Meerwasser gelöst waren. Die Temagami Formation, die sich vor 2.700 Mio. Jahren zur Zeit des Neoarchaikums bildete, kann daher als Archiv genutzt werden, in dem die Isotopenzusammensetzung von Hafnium und Neodym des neoarchaischen Meerwassers erhalten geblieben ist.

Bei diesen Untersuchungen kam das Forscherteam zu einem überraschenden Ergebnis, das jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Geology veröffentlicht wurde: vor 2.700 Mio. Jahren enthielt das Meerwasser bereits eine ungewöhnliche Anreicherung des Hafnium-Isotops Hafnium-176 sowie eine Entkopplung von Hafnium- und Neodym-Isotopenzusammensetzung, ähnlich wie sie auch im heutigen Meerwasser beobachtet werden.

„Die einzigen natürlichen Prozesse, die dieses Phänomen verursachen können, sind Verwitterung und Erosion von Gesteinen an der Erdoberfläche“, erklärt Prof. Bau. „Wäre die Erde also im Neoarchaikum, wie durch Computermodelle errechnet, noch zu mehr als 97% mit Wasser bedeckt gewesen, hätte sich dieses geochemische Signal gar nicht bilden können.“

Die neuen Ergebnisse zeigen, so die Schussfolgerung der Wissenschaftler, dass vor 2.700 Mio. Jahren schon große Landmassen aus den Ozeanen herausragten, auf denen Gesteine der Verwitterung und Erosion durch Sonne, Wind und Regen ausgesetzt waren.

Prof. Bau: „Bei der Verwitterung und Erosion wurde das Hafnium-176 Isotop bevorzugt vom Festland ins Meer transportiert und dort schließlich zusammen mit eisenreichen Sedimenten am neoarchaischen Meeresboden abgelagert.“

Untersuchungen zur chemischen Entwicklung der Umweltbedingungen auf der Erde und deren Bedeutung für die Evolution von Lebewesen und die Bildung von Rohstofflagerstätten auf der Erde gehören zu den Forschungsschwerpunkten der Arbeitsgruppe „Rohstoff- und Umweltgeochemie“ an der Jacobs University.

Studie: Decoupled Hf-Nd isotopes in Neoarchean seawater reveal weathering of emerged continents

Autoren: Sebastian Viehmann, J. Elis Hoffmann, Carsten Münker, Michael Bau

Fragen zu der Studie beantwortet:
Michael Bau | Professor of Geosciences
Email: m.bau@jacobs-university.de | Tel.: +49 421 200-3564