Neue Theorie vom Entstehen der Kontinente: Wissenschaftler um den Bonner Geologen Thorsten Nagel präsentieren in der Zeitschrift „Geology“ ihre neuen Erkenntnisse zur Entstehung der Landmasse auf der Erde. Ging die Forschung bislang davon aus, dass die ersten Kontinentalgesteine vor rund vier Milliarden Jahren entstanden, indem ozeanische Urkruste durch plattentektonische Bewegungen im Erdmantel versank und in großen Tiefen schmolz, gehen die Bonn-Kölner Geologen nun davon aus, dass die Bildung der ersten Kontinentfragmente in viel geringeren Tiefen erfolgte und die Urgesteine wohl nie versenkt worden sind.

„Nach der gängigen Theorie hat sich die erste kontinentale Kruste dadurch gebildet, dass ozeanische Kruste tief in den Erdmantel abtauchte und in rund 100 Kilometern Tiefe teilweise schmolz. Diese Gemische sollen dann zur Erdoberfläche aufgestiegen sein und die ersten Kontinente gebildet haben“, erklärt Thorsten Nagel vom Steinmann-Institut für Geowissenschaften der Universität Bonn. Als Beleg für dieses Szenario galten bislang die mit rund 3,8 Milliarden Jahren ältesten auf der Erde erhaltenen Kontinentgesteine, die in Westgrönland gefunden wurden.

Die kontinentale Kruste entspricht in ihrer Zusammensetzung einer Schmelze, die entsteht, wenn 10 bis 30 Prozent der ozeanischen Kruste geschmolzen sind. Die Konzentrationen der chemischen Hauptbestandteile in dem wieder erstarrten Gestein geben jedoch kaum Aufschluss über die Bildungstiefe. „Um die zu bestimmen, müssten wir wissen, aus welchen Mineralen die in der Tiefe zurückgebliebenen 70 bis 90 Prozent der ozeanische Kruste bestanden“, erklärt Carsten Münker vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln.

Die Bonn-Kölner Forscher untersuchten daher in den grönländischen Gesteinen verschiedene in äußerst geringen Konzentrationen auftretende Elemente, sogenannte Spurenelemente. „Diese stellen für Geologen ein Fenster zu der Quelle kontinentaler Kruste dar“, sagt Münker. „Mit ihrer Hilfe kann man die Minerale in dem Restgestein identifizieren, das in der Tiefe von der Schmelze zurückgelassen wurde.“

Bevor die Gesteinsschmelze das Muttergestein verließ, herrschte zwischen ihr und den zurückbleibenden festen Mineralen ein reger Austausch von Spurenelementen. „Verschiedene Minerale teilen sich mit der Schmelze jedes Spurenelement auf charakteristische Weise. Das heißt, der Gehalt von Spurenelementen in der Schmelze stellt einen Fingerabdruck des zurückgebliebenen Restgesteins dar”, erläutert Elis Hoffmann aus der Bonner Forschungsgruppe. Der Gehalt der ältesten Kontinentalgesteine an Spurenelementen erlaubt es den Geoforschern somit, mögliche Restgesteine hinsichtlich ihrer Minerale zu rekonstruieren und auf diese Weise zu bestimmen, in welchen Tiefen die kontinentale Kruste ihren Ursprung hat.

Die Wissenschaftler berechneten am Computer für verschiedene Tiefen und Temperaturen die Zusammensetzungen von Restgesteinen und Schmelzen, die bei der teilweisen Aufschmelzung ozeanischer Kruste entstehen würden. Die für die Schmelze errechneten Werte verglichen sie mit den tatsächlichen Spurenelement-Gehalten in den ältesten kontinentalen Gesteinen. „Unsere Ergebnisse zeigen ein überraschendes Bild“, berichtet Thorsten Nagel. „Die ozeanische Kruste muss gar nicht in Tiefen von 100 Kilometer abtauchen, um Schmelzen zu bilden, aus der die Gesteine der ersten Kontinente entstanden.“ Nach den Berechnungen ist eine Tiefe von etwa 30 bis 40 Kilometern viel wahrscheinlicher.

Solche Mächtigkeiten kann die ozeanische Kruste im Archaikum durchaus gehabt haben. Die allmählich abkühlende Erde war vor rund vier Milliarden Jahren noch deutlich heißer als heute. In Verbindung mit anderen geologischen Prozessen wie Vulkanismus, Gebirgsbildung oder Wasserzufuhr könnte die ozeanische Urkruste die Kontinente direkt „ausgeschwitzt“ haben. „Wir halten es für unwahrscheinlich, dass sich unsere Kontinente in Subduktionszonen gebildet haben. Ob es solche Versenkungszonen tektonischer Platten auf der frühen Erde überhaupt gab, steht somit wieder zur Debatte“, führt der Bonner Geologe aus.

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