Wie die Erdkruste entstanden ist

Wie gegen­wärtig konti­nentale Kruste entsteht, lässt sich mit dem Modell der Platten­tektonik gut untersuchen. Unklar ist hingegen, wie sich die konti­nentale Kruste im Archaikum gebildet haben könnte, also in der Zeit vor drei bis vier Milliarden Jahren, als es noch keine Platten­tektonik gab. Nun stellen Geophysiker um Antoine Rozel vom Institut für Geophysik der ETH Zürich ein Computer­modell vor, das die wissen­schaftliche Debatte befeuern dürfte. Mit ihrem Modell konnten sie erstmals den Ursprung von früher konti­nentaler Kruste nachbilden.

Für das Computer­modell standen den Forschern zwei gegen­sätzliche Erklärungs­ansätze 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 Forscher konnten beide Extrem­positionen nicht bestätigen: 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. „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“, erklärt Rozel. „Entsteht neue Kruste nur durch Vulkane, bei denen das Magma an der Erdober­fläche 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 ungefähr 30 Prozent der neuen Kruste durch Vulka­nismus bildet. In diesem Fall entsteht eine Gesteins­zusammen­setzung, wie man sie beispiels­weise an der West­küste Grönlands findet. Damit die Forscher ihr Modell rechnen konnten, mussten sie aller­dings einige Abstriche machen. Ihr Modell ist zwar ein globales, dafür ist es nur zwei­dimensional. „Wollten wir eine hohe regionale Auflösung und ein drei­dimensionales Modell, müssten wir mindestens zehn Jahre lang auf einem Super­computer rechnen“, sagt Rozel. In ihrem Modell berück­sichtigen die Forscher verschiedene Grössen wie Temperatur, Druck, Wasser­gehalt des Gesteins oder dessen Visko­sität. Um die Parameter mit unter­schiedlichen Werten zu testen, simu­lierten die Forscher die Vorgänge bis zu 100 Mal.

ETHZ / JOL