Kruste dank richtiger Mischung
Zum ersten Mal ist es ETH-Wissenschaftlern gelungen, die Bildung von kontinentaler Erdkruste im Archaikum mit einer Computersimulation nachzuvollziehen. Das Modell hilft, die Vorg?nge, die sich vor drei bis vier Milliarden Jahren abspielten, besser zu verstehen.
Wie gegenw?rtig kontinentale Kruste entsteht, l?sst sich mit dem Modell der Plattentektonik gut untersuchen. Unklar ist hingegen, wie sich die kontinentale Kruste im Archaikum gebildet haben k?nnte, also in der Zeit vor drei bis vier Milliarden Jahren, als es noch keine Plattentektonik gab.
Nun stellen Geophysiker um Antoine Rozel, Oberassistent am Institut für Geophysik der ETH Zürich, in der Fachzeitschrift ?Nature? ein Computermodell vor, das die wissenschaftliche Debatte befeuern dürfte. Mit ihrem Modell konnten sie erstmals den Ursprung von früher kontinentaler Kruste nachbilden. Dies war bislang eine besondere Knacknuss.
Venus oder Io?
Für das Computermodell standen den Forschern zwei gegens?tzliche Erkl?rungsans?tze Pate: Der eine Ansatz postuliert, dass sich das Krustenmaterial im Archaikum ausschliesslich aufgrund von Vulkanismus aufbaute, so wie es für den Jupitermond Io vorgeschlagen wurde. Der andere Ansatz hingegen geht davon aus, dass sich Kruste durch Anlagerung von Magma, die in der Kruste warm blieb, bildete, so wie dies Forscher für die Venus vermuten.
Die Simulationen der ETH-Forscher konnten beide Extrempositionen nicht best?tigen: Weder mit dem einen noch mit dem anderen Ansatz entwickelt sich eine kontinentale Kruste, die so zusammengesetzt ist wie sie aufgrund von Feldbeobachtungen sein müsste.
Temperatur und Druck eng definiert
?Die Gesteine der ursprünglichen kontinentalen Kruste konnten sich nur unter relativ eng definierten Temperatur- und Druckbedingungen formen. In beiden Extremvarianten sind diese Bedingungen nicht gegeben?, erkl?rt Rozel. ?Entsteht neue Kruste nur durch Vulkane, bei denen das Magma an der Erdoberfl?che sofort abkühlt, entsteht eine Kruste, die zu kalt ist. Umgekehrt wird die Kruste beim anderen Ansatz heisser als sie sein dürfte.?
Optimal ist hingegen, wenn die Kruste durch eine Mischung der zwei Mechanismen entsteht. Ideal ist, wenn sich ungef?hr 30 Prozent der neuen Kruste durch Vulkanismus bildet. In diesem Fall entsteht eine Gesteinszusammensetzung, wie man sie beispielsweise an der Westküste Gr?nlands findet.
Zweidimensional, global
Damit die Forscher ihr Modell rechnen k?nnten, mussten sie allerdings einige Abstriche machen. Ihr Modell ist zwar ein globales, dafür ist es nur zweidimensional. ?Wollten wir eine hohe regionale Aufl?sung und ein dreidimensionales Modell, müssten wir mindestens zehn Jahre lang auf einem Supercomputer rechnen?, sagt Rozel.
In ihrem Modell berücksichtigen die Forscher verschiedene Gr?ssen wie Temperatur, Druck, Wassergehalt des Gesteins oder dessen Viskosit?t. Um die Parameter mit unterschiedlichen Werten zu testen, simulierten die Forscher die Vorg?nge bis zu 100 Mal.
Literaturhinweis
Rozel A, Golabek GJ, Jain C, Tackley PJ, Gerya T. Continental crust formation on early Earth controlled by intrusive magmatism. Nature, AOP 9th May 2017. doi: externe Seite10.1038/nature22042