Beweise aus einem alten Abschnitt der Erdkruste deuten darauf hin, dass die Erde vor etwa drei Milliarden Jahren einst eine Wasserwelt war. Wenn das stimmt, müssen Wissenschaftler einige Überlegungen zu Exoplaneten und Bewohnbarkeit überdenken. Sie müssen auch ihr Verständnis davon überdenken, wie das Leben auf unserem Planeten begann.
Ein neuer Artikel präsentiert diese Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Geoscience. Der Titel der Arbeit lautet „ Begrenzte archaische Kontinentalentstehung, die sich in einem frühen archaischen widerspiegelt18O-angereicherter Ozean .“ Die Co-Autoren sind Boswell Wing von der University of Colorado, Boulder, und sein ehemaliger Postdoc-Student Benjamin Johnson von der Iowa State University.
Die Arbeit konzentriert sich auf ein Gebiet im australischen Outback namens Panorama District. In dieser Region im Nordwesten Australiens gibt es eine 3,2 Milliarden Jahre alte Meeresbodenplatte, die auf die Seite gedreht wurde. Das Krustenstück enthält chemische Hinweise auf das Meerwasser der alten Erde.
„Es liegen keine Proben von wirklich altem Ozeanwasser herum, aber wir haben Gesteine, die mit diesem Meerwasser interagierten und sich an diese Wechselwirkung erinnerten“, sagte Johnson in a Pressemitteilung .
„Der Ursprung und die Entwicklung der Biosphäre der Erde wurden durch die physikalische und chemische Geschichte der Ozeane geprägt.“
Aus dem Artikel „Limited Archaean Continental Emerging Reflected in a Early Archaean18O-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 Geschichte. Marine chemische Sedimente beispielsweise weisen eine Zunahme ihrer18ODER/16O Verhältnis im Laufe der Zeit.“
Marinesedimente wurden im Laufe der Zeit gut untersucht, aber die Autoren dieser Studie haben sich stattdessen die alte Kruste angesehen. Die alten Ozeane enthielten verschiedene Arten von Sauerstoff, die dann in die Kruste eingelagert 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 finden, um sie mit den Mengen im Sediment zu vergleichen.
Künstlerische Darstellung der frühen Erde. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
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. Die beiden Forscher sagen, dass es bei der Bildung dieser Kruste keine Kontinente gab. Dies liegt daran, dass Kontinente, wenn sich Kontinente bilden, Ton enthalten und dieser Ton den schwereren Sauerstoff-18 absorbiert hätte. Hätte es also vor 3,2 Milliarden Jahren Kontinente gegeben, hätten ihre Krustenproben weniger Sauerstoff-18 enthalten.
Die übergreifende Schlussfolgerung ihrer Arbeit ist, dass die Ozeane der Erde zwei verschiedene Zustände durchlaufen haben: einen vor der Bildung der Kontinente und einen nach der Bildung der Kontinente.
Chemische Sedimente im Meer wurden ausgiebig untersucht, um zu versuchen, die Kontinentbildung auf der alten Erde zusammenzusetzen. Wie die Studie sagt, enthalten diese alten Sedimente „Karbonate, Phosphate, mikrokristalline Kieselsäure und Eisenoxide. Da sich diese Mineralien direkt aus wässrigen Spezies bilden, können sie die ?18O des Wassers, mit dem sie koexistieren.“ Die Sedimente sind wie ein Archiv der Erde zu dieser Zeit, und die älteren Sedimente zeigen bis heute stetig steigende Sauerstoff-18-Werte. Diese Arbeit steht jedoch im Gegensatz dazu, und die Autoren vermuten, dass der Sauerstoff-18 im Meerwasser im Laufe der Zeit abnahm.
Künstlerische Darstellung eines wässrigen Exoplaneten, der einen weit entfernten Roten Zwergstern umkreist. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass Proxima b besonders wässrig sein könnte. Bildnachweis: CfA
Die beiden Wissenschaftler konstruierten ein Modell für die antike Erde, das zeigt, dass „die Initiierung der kontinentalen Verwitterung im späten Archaischen vor 3 bis 2,5 Milliarden Jahren eine18O-angereicherter früharchäischer Ozean bis ?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 einer alten Erde als Wasserwelt hinweist, bedeutet dies nicht, dass der Planet ohne Landformen war. Inselgroße Landstriche oder sogar Mikrokontinente können zu dieser Zeit vulkanischen Ursprungs und sehr felsig gewesen sein. 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 wäre, hätte der Sauerstoff-18-Gehalt dem heutigen eher geähnelt.
'Es gibt nichts in dem, was wir getan haben, das besagt, dass es keine winzigen Mikrokontinente geben kann, die aus den Ozeanen ragen', sagte Wing in einem Pressemitteilung . „Wir glauben einfach nicht, dass es eine globale Bildung von kontinentalen Böden gegeben hat, wie wir sie heute haben.“
Die Autoren behaupten nicht, dass ihre Arbeit das endgültige Beweisstück in der laufenden Diskussion um die frühe Erde ist. Sie stellen fest, dass es andere mögliche Gründe für ihre Ergebnisse sind.
Wenn sich die alten Kontinente viel langsamer bildeten als moderne Kontinente, könnte dies die Diskrepanz in Sauerstoff-18 erklären. Es ist auch möglich, dass sich die Tone, die Sauerstoff-18 absorbieren, im Ozean selbst und nicht auf den Kontinenten gebildet haben.
Das weist auf ein anhaltendes Rätsel in der Geowissenschaft hin: Wann genau sind Kontinente entstanden?
Gondwana vor 420 Millionen Jahren. Bildnachweis: Von Fama Clamosa – Eigene Arbeit, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=67001070
Es ist wahrscheinlich, dass sich die Kontinente nur bilden konnten, wenn der Erdkern Wärme abgab und abkühlte. Moderne Kontinente haben jedenfalls erst nach dem Jura Gestalt angenommen. Zuvor bedeckte der einzige Superkontinent Gondwana etwa ein Fünftel der Erdoberfläche. Wing will jüngere Bereiche der Erdkruste untersuchen, um genauer feststellen zu können, 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 der Biosphäre, Atmosphäre und Geosphäre durch die Tiefen der Zeit vermittelt und dazu beiträgt, die langfristige Bewohnbarkeit des Planeten zu gewährleisten“.
In dieser Abbildung ist der Exoplanet GJ 1214 b, eine wahrscheinliche Ozeanwelt, zum Vergleich zwischen Erde und Neptun dargestellt. Bildnachweis: Von Aldaron, alias Aldaron – Eigene Arbeit, die gemeinfreie Bilder für Referenzplaneten enthält (siehe unten), inspiriert von Thinggs Größenvergleich, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index. php?curid=8854174
Die Wissenschaft hat ein Bild davon gezeichnet, wie die frühe Erde ausgesehen haben könnte und wie die Ozeane beschaffen waren. Aber es ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Beweise sind alle begraben, im Fels und in der Zeit. Und da wir versuchen, den Klimawandel hier auf der Erde zu verstehen und immer bessere Einblicke in Exoplaneten gewinnen, gewinnen all diese Fragen über die alte Erde, die Ozeane und die Biosphäre eine neue Bedeutung.
Wie die Autoren in ihrem Artikel sagen: „Eine frühe Erde ohne aufstrebende Kontinente könnte einer ‚Wasserwelt‘ geähnelt haben, was eine wichtige Umweltbeschränkung für den Ursprung und die Entwicklung des Lebens auf der Erde sowie seine mögliche Existenz an anderen Orten darstellt.'
'Die Geschichte des Lebens auf der Erde verfolgt verfügbare Nischen', sagte Wing. „Wenn Sie eine Wasserwelt haben, eine Welt, die von Ozeanen bedeckt ist, werden trockene Nischen einfach nicht verfügbar sein.“
Mehr:
- Forschungsbericht: Begrenzte archaische Kontinentalentstehung, die sich in einem frühen archaischen 18O-angereicherten Ozean widerspiegelt
- Pressemitteilung: Die frühe Erde könnte eine „Wasserwelt“ gewesen sein
- Wikipedia: Ozean Planet
