Unter unseren Füßen liegen Antworten auf Fragen darüber, wie die Erde in der Vergangenheit aussah. Fossilien können uns Aufschluss darüber geben, welche Arten von Pflanzen und Tieren zu verschiedenen Zeiten lebten. Aus Gletschern in Grönland und der Antarktis gebohrte Eiskerne können Aufschluss über das Klima und die Atmosphäre in der Vergangenheit geben. Selbst Gesteinsschichten können Aufschluss über die Prozesse auf dem Planeten geben. Allerdings kratzen diese Methoden nur an der Oberfläche der 4,5 Milliarden Jahre alten Erdgeschichte. Beispielsweise ist der älteste antarktische Eiskern nur 2,7 Millionen Jahre alt und die ältesten Fossilien, die viel älter sind, reichen immer noch nicht aus der ersten Milliarde Jahre der Erdgeschichte. Um tief in die ältesten Geheimnisse der Erde vorzudringen, untersuchen Wissenschaftler winzige Zirkonkristalle.
Zirkon ist ein Mineral aus Zirkonium, Silizium und Sauerstoff, das entstand, als altes Magma langsam abkühlte und kristallisierte. Im Gegensatz zu anderen Mineralien ist Zirkon äußerst hitze- und druckbeständig, was bedeutet, dass es Hitze und Druck überstehen kann, die magmatisches Gestein und Sedimentgestein in metamorphes Gestein verwandeln. Das bedeutet, dass einige der von uns gefundenen Zirkonkristalle bis zu 4 Milliarden Jahre alt sind.
Fossilien und Eiskerne kratzen nur an der Oberfläche
Während die Kreide-, Jura- und Karbonzeit viel Aufmerksamkeit erhalten, interessieren sich einige Wissenschaftler für die Hadäer- und Archäischen Äonen der ersten 2 Milliarden Jahre der Erde. Das Hadean-Äon beginnt mit der ersten Entstehung der Erde und der anderen Planeten im Sonnensystem vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Während des Hadean begann sich die Erdoberfläche zu verfestigen und es begannen sich Ozeane und Atmosphäre zu bilden.
Vor etwa 4 Milliarden Jahren trat die Erde in das Archäische Zeitalter ein, das bis vor 2,5 Milliarden Jahren andauerte. Wissenschaftler glauben, dass das Leben im Archaikum begann, basierend auf fossilen Beweisen von Mikroben, die in Gesteinen gefunden wurden, die zwischen 3,5 und 3,7 Milliarden Jahre alt waren. Forscher haben auch Fragmente von antikem Graphit gefunden, der möglicherweise vor fast 4 Milliarden Jahren von Mikroben produziert wurde.
Allerdings sagen uns selbst diese Fossilien wenig über die damaligen Prozesse auf der Erde und lassen alles in den 500 Millionen bis 1 Milliarde Jahren davor völlig außer Acht. Wissenschaftler haben Fragen zur frühen Erde, etwa wie die Atmosphäre vor 4 Milliarden Jahren aussah, wann die Wärmezirkulation Konvektionsströme im Erdmantel auslöste und wann die Plattentektonik, wie wir sie kennen, begann. Wir können das Geschehen nur durch die Analyse alter Zirkonkristalle untersuchen.
Zirkonkristalle bergen uralte Geheimnisse
Wissenschaftler haben an zwei Orten uralte Felsformationen untersucht, um Zirkonkristalle zu finden, die Licht auf die tiefen Geheimnisse der Erde werfen können. Dabei handelt es sich um 3 Milliarden Jahre alte Sedimentgesteine in der Region Jack Hills in Westaustralien und 4 Milliarden Jahre alte metamorphe Gesteine in den Nordwest-Territorien Kanadas. Durch die Analyse des Verhältnisses von Uran- und Bleiisotopen in diesen Kristallen können Wissenschaftler ihr Alter berechnen.
Forscher können sich auch andere Elemente ansehen, die bei ihrer Entstehung in die Zirkonkristalle eingebaut wurden, um mehr über die damaligen Bedingungen zu erfahren. In einer Studie wurde ein Aluminiumgehalt in alten Zirkonkristallen festgestellt, was darauf hindeutet, dass sie unter Drücken und Temperaturen entstanden sind, die damit einhergehen, dass die Kruste in den Erdmantel gedrückt wird. Schon früh verdickte sich die Erdkruste wie moderne Meeresplateaus, bevor sie in einen horizontalen Zustand überging, in dem die Kruste recycelt wird, wie wir es bei der heutigen Plattentektonik sehen. Die Beweise zeigen, dass die moderne Plattentektonik wahrscheinlich vor etwa 3,6 Milliarden Jahren begann. Eine andere Studie bestätigte, dass dies ein wahrscheinlicher Beginn der Plattentektonik ist, und fand Hinweise darauf, dass der Sauerstoff- und Wassergehalt zu dieser Zeit höher war als bisher angenommen.
Um die Vergangenheit der Erde zu erforschen, müssen wir die richtigen Werkzeuge verwenden. Eiskerne können uns etwas über das Klima und die Atmosphäre vor Tausenden oder Millionen von Jahren erzählen, Fossilien können Fragen über das Leben in der Antike beantworten und jetzt können Zirkonkristalle die tiefsten und ältesten Geheimnisse der Erde enthüllen.
