Aus einem alten Teil der Erdkruste geht hervor, dass die Erde vor etwa drei Milliarden Jahren eine Wasserwelt war. Wenn dies zutrifft, müssen Wissenschaftler einige Überlegungen zu Exoplaneten und Bewohnbarkeit überdenken. Sie müssen auch ihr Verständnis überdenken, wie das Leben auf unserem Planeten begann.
Ein neues Papier präsentiert diese Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Geoscience. Der Titel des Papiers lautet „Begrenzte archaische Kontinentalentstehung, die sich in einem frühen Archaikum widerspiegelt18O-angereicherter Ozean. “ Die Co-Autoren sind Boswell Wing von der University of Colorado, Boulder, und sein ehemaliger Post-Doc-Student Benjamin Johnson von der Iowa State University.
Die Arbeit konzentriert sich auf ein Gebiet im australischen Outback, das als Panorama-Distrikt bezeichnet wird. In dieser Region im Nordwesten Australiens befindet sich eine 3,2 Milliarden Jahre alte Meeresbodenplatte, die auf die Seite gedreht wurde. Das Stück Kruste enthält chemische Hinweise auf das Meerwasser der alten Erde.
"Es gibt keine Proben von wirklich uraltem Meerwasser, aber wir haben Felsen, die mit diesem Meerwasser interagierten und sich an diese Interaktion erinnerten", sagte Johnson in einer Pressemitteilung.
"Der Ursprung und die Entwicklung der Biosphäre der Erde wurden durch die physikalische und chemische Geschichte der Ozeane geprägt."
Aus der Zeitung „Limited Archaean Continental Emergenz, die sich in einem frühen Archaean widerspiegelt18O-angereicherter Ozean.
Die Autoren wollten die Debatte über das Aussehen der alten Erde neu starten und neue Wege in der Diskussion beschreiten.
In der Einleitung zu ihrer Arbeit sagen die beiden Autoren: „Der Ursprung und die Entwicklung der Biosphäre der Erde wurden durch die physikalische und chemische Geschichte der Ozeane geprägt. Marine chemische Sedimente und veränderte ozeanische Kruste bewahren eine geochemische Aufzeichnung dieser Geschichten. Beispielsweise weisen marine chemische Sedimente eine Zunahme ihrer auf18Ö/16O-Verhältnis durch die Zeit. “
Marine Sedimente wurden im Laufe der Zeit gut untersucht, aber die Autoren dieser Studie untersuchten stattdessen die alte Kruste. Die alten Ozeane enthielten verschiedene Arten von Sauerstoff, die dann in der Kruste abgelagert wurden. Die Wissenschaftler sammelten über 100 Proben des alten Gesteins und analysierten es auf zwei Sauerstoffisotope: Sauerstoff-16 und Sauerstoff 18. Sie wollten die relative Menge jedes Isotops in der alten Kruste ermitteln, um sie mit den Mengen im Sediment zu vergleichen.
Ihre Ergebnisse zeigten mehr Sauerstoff-18 in der Kruste, als sie vor 3,2 Milliarden Jahren gebildet wurde, was bedeutet, dass der Ozean zu dieser Zeit mehr Sauerstoff-18 hatte. Das Forscherpaar sagt, dass es bei der Bildung dieser Kruste keine Kontinente gab. Dies liegt daran, dass Kontinente, wenn sie sich bilden, Tone enthalten und diese Tone den schwereren Sauerstoff-18 absorbiert hätten. Wenn es also vor 3,2 Milliarden Jahren Kontinente gegeben hätte, hätten ihre Krustenproben weniger Sauerstoff-18 enthalten.
Die übergreifende Schlussfolgerung ihrer Arbeit ist, dass die Ozeane der Erde zwei unterschiedliche Zustände durchlaufen haben: einen vor der Bildung von Kontinenten und einen nach der Bildung von Kontinenten.
Marine chemische Sedimente wurden ausgiebig untersucht, um die Kontinentbildung auf der alten Erde zusammenzusetzen. Wie die Studie sagt, umfassen diese alten Sedimente „Carbonate, Phosphate, mikrokristalline Kieselsäure und Eisenoxide. Da sich diese Mineralien direkt aus wässrigen Spezies bilden, können sie das?18O des Wassers, mit dem sie koexistieren. “ Die Sedimente sind wie eine Archivaufzeichnung der Erde zu dieser Zeit, und die älteren Sedimente zeigen, dass die Sauerstoff-18-Werte bis heute stetig im Laufe der Zeit ansteigen. Diese Arbeit steht jedoch im Gegensatz dazu, und die Autoren schlagen vor, dass Meerwasser-Sauerstoff-18 im Laufe der Zeit abnimmt.
Das Wissenschaftlerpaar konstruierte ein Modell für die antike Erde, das zeigt, dass „die Einleitung der kontinentalen Verwitterung im späten Archaikum vor 3 bis 2,5 Milliarden Jahren eine18O-angereicherter früharchäischer Ozean zu?18O-Werte ähnlich denen des modernen Meerwassers. “ Erst nachdem sich Kontinente gebildet hatten, konnten die Sauerstoff-18-Werte wie moderne Werte aussehen.
Obwohl diese Studie auf die Möglichkeit der alten Erde als Wasserwelt hinweist, bedeutet dies nicht, dass der Planet keine Landformen hatte. Zu dieser Zeit gab es möglicherweise inselgroße Landgebiete oder sogar Mikrokontinente, die vulkanischer Natur und sehr felsig waren. Aber die Arten von riesigen Landformen, die heute die Erde bedecken, reich an Erde und mit hohen Gebirgszügen, haben möglicherweise nicht existiert. Wenn dies der Fall gewesen wäre, hätte der Sauerstoff-18-Gehalt dem heutigen mehr ähnelt.
"Es gibt nichts in dem, was wir getan haben, was besagt, dass keine winzigen Mikrokontinente aus den Ozeanen herausragen können", sagte Wing in einer Pressemitteilung. "Wir glauben einfach nicht, dass sich auf globaler Ebene kontinentale Böden gebildet haben, wie wir es heute getan haben."
Die Autoren schlagen nicht vor, dass ihre Arbeit das endgültige Beweisstück in der laufenden Diskussion um die frühe Erde ist. Sie stellen fest, dass dies andere mögliche Gründe für ihre Ergebnisse sind.
Wenn sich die alten Kontinente viel langsamer bildeten als die modernen Kontinente, könnte dies die Diskrepanz zwischen Sauerstoff und 18 erklären. Es ist auch möglich, dass sich die Tone, die Sauerstoff-18 absorbieren, im Ozean selbst und nicht auf den Kontinenten bilden.
Das deutet auf ein dauerhaftes Rätsel in der Geowissenschaft hin: Wann genau haben sich Kontinente gebildet?
Nach einigen Beweisen ist es wahrscheinlich, dass sich die Kontinente nur bilden können, wenn der Erdkern Wärme abgibt und sich abkühlt. Auf jeden Fall nahmen moderne Kontinente erst nach dem Jura Gestalt an. Zuvor bedeckte der einzelne Superkontinent Gondwana etwa ein Fünftel der Erdoberfläche. Wing möchte jüngere Bereiche der Erdkruste untersuchen, um klarer zu bestimmen, wann sich die modernen Kontinente gebildet haben.
Diese Studie berührt auch das frühe Leben auf der Erde und wie und wann es entstanden ist. Die frühen Ozeane der Erde fungierten ähnlich wie die modernen Ozeane als Puffer, der "klimatische Rückkopplungen zwischen Biosphäre, Atmosphäre und Geosphäre durch tiefe Zeit vermittelte und dazu beitrug, die langfristige Bewohnbarkeit der Planeten sicherzustellen".
Die Wissenschaft hat ein Bild davon gemalt, wie die frühe Erde ausgesehen haben könnte und wie die Natur der Ozeane war. Aber es ist alles andere als vollständig. Die Beweise sind alle in Felsen und in der Zeit begraben. Und wenn wir versuchen, den Klimawandel hier auf der Erde zu verstehen und Exoplaneten immer besser betrachten, gewinnen all diese Fragen über die antike Erde, die Ozeane und die Biosphäre eine neue Bedeutung.
Wie die Autoren in ihrer Arbeit sagen: „Eine frühe Erde ohne aufstrebende Kontinente ähnelt möglicherweise einer‚ Wasserwelt 'und stellt eine wichtige Umweltbeschränkung für den Ursprung und die Entwicklung des Lebens auf der Erde sowie für seine mögliche Existenz an anderer Stelle dar.“
"Die Geschichte des Lebens auf der Erde verfolgt verfügbare Nischen", sagte Wing. "Wenn Sie eine Wasserwelt haben, eine Welt, die vom Meer bedeckt ist, werden trockene Nischen einfach nicht verfügbar sein."
Mehr:
- Forschungsbericht: Begrenzte archaische Kontinentalentstehung in einem frühen archaischen 18O-angereicherten Ozean
- Pressemitteilung: Die frühe Erde war möglicherweise eine „Wasserwelt“.
- Wikipedia: Ozeanplanet
