Schon länger spekulieren Forscher darüber, wie unsere Erde im frühen Archaikum aussah – in der Zeit vor 3,6 bis 3,2 Milliarden Jahren. Aus früheren Studien geht hervor, dass unser Planet etwa seit vier Milliarden Jahren eine feste Gesteinskruste besitzt – vorher war die Erdoberfläche weitgehend glutflüssig und wurde von heftigen Asteroideneinschlägen immer wieder aufgeheizt und aufgebrochen. Nachdem dann die Kruste erstarrt und abgekühlt war, bildeten sich ausgedehnte Ozeane. Weil damals die Plattentektonik wahrscheinlich noch nicht eingesetzt hatte, gab es kaum Gebirge und erhöhte Landmassen, die das Wasser verdrängten. Daher vermuten Wissenschaftler schon seit längerem, dass die Erde zu dieser Zeit fast komplett vom Wasser bedeckt gewesen sein könnte – ein Planet mit einem erdumspannenden Ozean und ohne große Kontinente.
Sauerstoff-Isotope als Fenster in den Urozean
Neue Belege für diese Wasserwelt-Hypothese liefern nun Benjamin Johnson und Boswell Wing von der University of Colorado in Boulder. Für ihre Studie haben sie die Isotopenwerte von Gesteinsproben aus dem Pilbara-Kraton in Australien untersucht. Diese Gesteinsformation gehört zu den ältesten Krustengesteinen der Erde und eröffnet daher ein Fenster in das frühe Archaikum. “Es gibt keine Proben von richtig altem Meerwasser, aber wir haben Gesteine, die mit dem damaligen Meerwasser interagierten und diese Interaktionen konserviert haben”, erklärt Johnson. Zu diesen gehört ein 3,24 Milliarden Jahre alter Krustenabschnitt im Pilbara-Gebiet, der damals ein Teil des urzeitlichen Meeresgrunds war. Die Forscher entnahmen mehr als 100 Proben aus diesem Gestein und analysierten sie auf ihren Gehalt der Sauerstoff-Isotope 16 und 18. Das Verhältnis dieser beiden Sauerstoffvarianten kann unter anderem Aufschluss über vergangenen Temperaturbedingungen geben, aber auch über geochemische Prozesse wie die Verwitterung oder Ablagerung von Sedimenten.
Die Analysen ergaben, dass das urzeitliche Meerwasser rund 3,3 Promille mehr von dem schwereren Sauerstoff-Isotop O-18 enthalten haben muss als das heutige Meerwasser. Aber warum? Um mögliche Ursache für diesen Überschuss nachzugehen, entwickelten die Forscher ein Modell, das die geochemischen und physikalischen Prozesse auf der frühen Erde nachbildet und spielten verschiedene Szenarien durch. Das Ergebnis: “Der O-18-angeriecherte Paläo-Ozean kann reproduziert werden, wenn der Wasserkreislauf des frühen Archaikums durch ein ozeanisches Sauerstoff-Recycling geprägt war”, berichten Johnson und Wing. Einfacher ausgedrückt: Die im Urzeit-Gestein gemessenen Isotopenwerte könnten dadurch zustande gekommen sein, dass es damals noch keine ausgedehnten Landflächen gab. Dadurch fehlten die chemischen Prozesse, die heute vermehrt den schwereren Sauerstoff aufnehmen und binden.
