Früher Vulkanismus kühlte vermutlich Erdkruste ab

Kurz nach ihrer Entstehung war die Erde ein extrem heißer Ort, über den sich riesige Lavaseen ergossen. Erstaunlicherweise zeigen Gesteinsproben aber, dass bereits nicht allzu lange danach die Temperaturen in der Erdkruste deutlich gesunken sein müssen, auf ähnliche Werte wie heute – und dies, obwohl im Erdinnern immer noch sehr viel Hitze entstand. Ein neues Modell könnte diesen Widerspruch erklären: Wie zwei Geophysiker mit ihren Simulationen zeigen, war die Erdkruste damals vielleicht noch nicht in verschiedene Platten aufgeteilt, die gegeneinander stießen und sich rieben. In ihrem Modell gab es nur eine einzige, die gesamte Erde überspannende dünne Kruste, durch die an vielen Stellen Vulkane brachen. Die aufsteigende Lava breitete sich an der Oberfläche aus, kühlte dabei schnell ab und rutschte an manchen Stellen wieder in die Tiefe. Wie die Forscher im Fachblatt „Nature“ schreiben, erklärt dieser Mechanismus sehr gut die effektive Abkühlung der Erdkruste.

Diagramm des Erdmantels, in dem Konvektionsströme zu sehen, das heiße Gestein in den unteren Schichten ist gelb, weiter oben ist es rot. EIn vergrößerter Ausschnitt zeigt das Auf- und Absteigen des Materials, Pfeile nach oben zeigen an der Oberfläche den Temperaturverlust durch Vulkanausbrüche an.
Simulierter Temperaturverlauf in Erdkruste und -mantel

„Unsere Simulationen zeigen, dass sich eine kalte und dicke Gesteinsrinde durch häufige vulkanische Eruptionen bilden konnte, bei denen das Oberflächengestein wieder absank“, berichtet William Moore von der Hampton University in den USA. Wie Heizrohre in einem Wärmetauscher transportierten die Vulkane also heiße Lava nach oben, während das absinkende Gestein den Mantel kühlte. Die ausgestoßene Lava erstarrte rasch im Kontakt mit der frühen Atmosphäre, die noch sehr viel Kohlendioxid, reichlich Wasserdampf und keinen Sauerstoff enthielt. Beim Zurücksinken in den flüssigen Erdmantel wuchs aus dem nunmehr erkalteten Gestein eine dicke Schicht um die frühe Erde. Dieser Austausch von Wärme war den Berechnungen zufolge sehr wirksam und beschreibt die Temperaturen in der Erdkruste besser als die Plattentektonik. Diese hätte demnach erst später eingesetzt, als die Erdkruste weiter abgekühlt und dadurch spröder geworden war. Heute strömt an den Ozeanrücken Magma aus dem Erdinnern an die Oberfläche, erstarrt dort und wandert an die Kontinentalgrenzen, wo sie wieder in den Erdmantel zurücksinkt.

Die Arbeit der beiden Wissenschaftler trifft einen heiß diskutierten Punkt der Geoforschung. Es ist nämlich umstritten, wie lange eine einzige feste Erdkruste bestanden hat, bis die Plattentektonik einsetzte. Die Simulationen von William Moore und seinem Kollegen Alexander Webb beruhen noch auf einem vereinfachenden zweidimensionalen Modell der Erdoberfläche. Andere Forscher zeigen sich ob der Resultate deshalb vorsichtig. Louis Moresi von der Monash University in Australien jedoch hält das neue Modell für einfach, aber elegant, denn: „Es enthält eine Wärmetauscher-Erde, die einen vorhersagbaren Übergang zur Plattentektonik macht, als eine Konsequenz aus der fortlaufenden Abkühlung.“