Die Hebung der Kontinente

Washington (USA) - Die junge Erde war zum größten Teil ein Wasserplanet. Doch vor etwa 2,4 Milliarden Jahren hoben sich größere Landmassen und bildeten wahrscheinlich einen ersten Urkontinent, Kenorland genannt. Die Ursache für die Hebung liegt in der geringeren Dichte der kontinentalen im Vergleich zur schwereren ozeanischen Kruste. Zwei amerikanische Wissenschaftlerinnen gingen den geologischen Prozessen auf den Grund, die zu einer leichteren kontinentalen Kruste geführt haben könnten. Ihre in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichten Studie stellt dabei die bisherigen Erklärungen in Frage.

Analysen von Gesteinsproben zeigen, dass die Erdkruste der Kontinente einen geringeren relativen Anteil an Eisen enthält als die Kruste unter den Ozeanen. Verantwortlich dafür ist eine stärkere Oxidation von Eisen. So binden stark oxidierte Eisen-3-Verbindungen pro Eisenatom mehr leichten Sauerstoff als Eisen-2-Verbindungen. Damit nimmt die Dichte ab. Durch den starken Vulkanismus auf der jungen Erde haben sich diese leichteren Gesteinsmassen mit geringeren Eisenanteilen in der kontinentalen Kruste angereichert. Die geologischen Abläufe dieser für die Hebung der Kontinente wichtigen Oxidation stellten Megan Holycross und Elizabeth Cottrell vom National Museum of Natural History der Smithsonian Institution in Washington im Labor nach.

In ihrem Experiment schmolzen die Forscherinnen zahlreiche Gesteinsproben bei 1230 Grad Celsius. In einer speziellen Hochdruckzelle setzten sie diese Schmelzen extrem hohen Drücken von bis zu drei Gigapascal, dem 30.000-fachen der Erdatmosphäre, aus. So simulierten sie die Bedingungen für eine Oxidation von Eisen im Zuge der so genannten Granatkristallisation auf der jungen, vulkanisch sehr aktiven Erde. Nach diesen Prozessen analysierten sie Struktur und Zusammensetzung der Proben mit Röntgenstrahlung.

Die Ergebnisse zeigten, dass über Oxidationsprozesse tatsächlich die relativen Anteile von Eisen um etwa 20 Prozent reduziert werden konnten. Doch es ließ sich in den Proben keine signifikante Verschiebung zu mehr leichteren Eisen-3-Verbindungen feststellen. Die Folge: die Oxidation im Verlauf der Granatkristallisation in der Erdkruste reichte allein offenbar nicht aus, um die Bildung der leichten kontinentalen Kruste zu erklären. So waren die geologischen Prozesse bei der Hebung der Kontinente wahrscheinlich doch komplizierter als bisher angenommen. „Es ist wahrscheinlicher, dass die Bedingungen im Erdmantel unter der kontinentalen Kruste eine wichtige Rolle für die Oxidation gespielt haben“, sagt Cottrell.