Top 10 der Forschung Erdgeschichte muss umgeschrieben werden

Eine präzise Isotopen-Analyse von kosmischem und irdischem Gestein ließ Geologen aufhorchen. Unerwartete Differenzen stellen die bisherige Theorie zur Entwicklung der Erde in Frage – für das „Science“-Magazin einer der Durchbrüche des Jahres.


Bislang waren Geologen davon ausgegangen, dass sich der Isotopenmix der Erde seit ihrer Entstehung vor 4,6 Milliarden Jahren nicht verändert hat - sieht man einmal vom Zerfall instabiler Isotope ab.

Sonnensystem bei seiner Entstehung (Zeichnung): Isotopenvergleich gibt neue Rätsel auf
NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Sonnensystem bei seiner Entstehung (Zeichnung): Isotopenvergleich gibt neue Rätsel auf

Doch das ist offensichtlich nicht der Fall, wie Forscher der Carnegie Institution im Sommer herausgefunden haben. In den ersten 30 Millionen Jahren nach der Formung des Planeten muss es zu einer bislang nicht bekannten Bildung unterschiedlich zusammengesetzter Schichten gekommen sein. Dies schlossen Maud Boyet und sein Kollege Richard Carlson aus einer neuen Isotopenanalyse von Meteoriten und irdischem Gestein.

Zu Hilfe kam ihnen dabei die immer präzisere Technik der Massenspektrometer. Die Wissenschaftler untersuchten Gesteinsproben von der Erdoberfläche und sogenannte Chondrite - das sind Meteoriten mit 4,6 Milliarden Jahre alten Proben des solaren Nebels, aus dem einst Sonne und Planeten entstanden sind.

Mit der bisherigen Technik konnte man keine Differenzen in der Isotopenzusammensetzung feststellen, etwa beim seltenen Isotop Neodym-142. Es entsteht beim Zerfall von Samarium-146 - ein Isotop, das nur während der Entstehung des Sonnensystems existierte.

Die neuen Messmethoden ergaben jedoch überraschenderweise Unterschiede der Neodym-Konzentrationen in Chondriten und Erdgestein – für das Magazin „Science“ einer der zehn wichtigsten wissenschaftlichen Durchbrüche des Jahres 2005.

Denn die Entdeckung stellt die bisherige Theorie zur Frühgeschichte unseres Planeten in Frage. Und sie spaltet die Forschergemeinde in zwei Lager. Die einen, so auch Boyet und Carlson, glauben, dass die Erde zum Zeitpunkt ihrer Entstehung komplett geschmolzen war. Durch plötzliche Kristallisation der Magma-Ozeane habe sich der Erdmantel in unterschiedlich zusammengesetzte Schichten getrennt.

Gestein mit erhöhter Neodym-142-Konzentration sei in den oberen Schichten geblieben, vermuten Boyet und Carlson. Material mit verminderten Neodym-142-Werten sein hingegen in tiefere Schichten gewandert - und damit auch radioaktive Elemente wie Uran, Thorium und Kalium. Deren langsamer Zerfall heize das Erdinnere an und sorge dafür, dass unser Planet geologisch aktiv bleibt.

Das andere Lager der Wissenschaftler glaubt hingegen, dass die Erde aus einem Bereich des frühen Sonnensystems entstanden ist, der von vornherein eine andere Zusammensetzung hatte als Chondriten, jenen Meteoriten mit Material aus den ersten Tagen des Sonnensystems. Welche der beiden Theorien die richtige ist, muss sich zeigen. Die Frühgeschichte der Erde steckt weiter voller Geheimnisse.



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