Wie sind die Kontinente der Erde entstanden? Die führende Theorie könnte zweifelhaft sein

Dec 21, 2023

Neue Forschungsergebnisse werfen letztendlich mehr Fragen auf, als sie beantworten.

Wissenschaftler haben einen möglichen Ursprung für die Kontinente der Erde ausgeschlossen.

Trotz der Bedeutung der Kontinente der Erde, der riesigen Teile der Erdkruste, die seine Ozeane teilen, ist nur sehr wenig darüber bekannt, was zur Entstehung dieser großen Landmassen geführt hat, die unseren Planeten im Sonnensystem einzigartig machen und eine Schlüsselrolle dabei spielen, ihn zu beherbergen Leben.

Seit Jahren vermuten Wissenschaftler, dass die Kristallisation von Granat im Magma unter Vulkanen dafür verantwortlich ist, dass Eisen aus der Erdkruste entfernt wird, sodass die Kruste in den Meeren des Planeten schwimmt. Nun stellt eine neue Forschung diese Theorie in Frage und zwingt Geologen und Planetenforscher dazu, zu überdenken, wie dieses Eisen aus dem Material entfernt worden sein könnte, das später die Kontinente bilden sollte, die wir heute auf der Erde sehen.

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Die Erdkruste, die äußere Hülle des Planeten, wird grob in zwei Kategorien eingeteilt: Die ältere, dickere kontinentale Kruste; und die jüngere, dichtere ozeanische Kruste. Neue Kontinentalkruste entsteht, wenn ihre Bausteine ​​von Kontinentalbogenvulkanen an die Erdoberfläche gelangen. Diese kommen in Teilen der Erde vor, in denen ozeanische Platten unter kontinentale Platten sinken, Regionen, die Subduktionszonen genannt werden.

Der Unterschied zwischen trockenen kontinentalen Krusten und ozeanischen Tiefseekrusten ist der Mangel an Eisen in der kontinentalen Kruste. Das bedeutet, dass kontinentale Krusten schwimmend sind und sich über den Meeresspiegel erheben, um die trockenen Landmassen zu bilden, die terrestrisches Leben ermöglichen.

Es wurde angenommen, dass die geringen Eisenwerte in der kontinentalen Kruste auf die Kristallisation von Granat in den Magmen unterhalb dieser Kontinentalbogenvulkane zurückzuführen sind. Durch diesen Prozess wird nicht oxidiertes Eisen von den Erdplatten entfernt, gleichzeitig wird aber auch das Eisen aus geschmolzenem Magma abgereichert, sodass dieses stärker oxidiert wird, während sich eine kontinentale Kruste bildet.

Ein Forscherteam unter der Leitung der Assistenzprofessorin Meghan Holycross von der Cornell University und der Geologin Elizabeth Cottrell vom Smithsonian National Museum of Natural History verbesserte das Verständnis der Kontinente, indem sie sich daran machte, diese erstmals 2018 formulierte Hypothese zu testen und schließlich zu verwerfen.

„Man braucht hohe Drücke, um Granat stabil zu machen, und man findet dieses Magma mit niedrigem Eisengehalt an Stellen, an denen die Kruste nicht so dick ist und der Druck daher nicht besonders hoch ist“, sagte Cottrell in einer Pressemitteilung und fügte hinzu, dass das Team dies getan habe skeptisch gegenüber der Kristallisation von Granat als Erklärung für den Auftrieb der kontinentalen Kruste.

Um die Granat-Theorie zu testen, stellte das Team den enormen Druck und die Hitze unter Kontinentalbogenvulkanen mit Kolben-Zylinder-Pressen im Hochdrucklabor des Smithsonian Museums und an der Cornell University nach. Diese Kolben in Minikühlschrankgröße aus Stahl und Wolframkarbid können enorme Drücke auf winzige Gesteinsproben ausüben, während sie gleichzeitig von einem umgebenden zylindrischen Ofen erhitzt werden.

Der erzeugte Druck entsprach dem 15.000- bis 30.000-fachen des durch die Erdatmosphäre erzeugten Drucks und die erzeugten Temperaturen lagen zwischen etwa 1.740 und 2.250 Grad Fahrenheit (950 bis 1.230 Grad Celsius) und waren heiß genug, um Gestein zu schmelzen.

In einer Reihe von 13 verschiedenen Labortests, die das Team durchführte, züchteten Cottrell und Holycross Granatproben aus geschmolzenem Gestein unter Drücken und Temperaturen, die Bedingungen in Magmakammern tief in der Erdkruste nachahmen.

Diese im Labor gezüchteten Granate wurden mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie analysiert, die die Zusammensetzung von Objekten anhand der Art und Weise, wie sie Röntgenstrahlen absorbieren, aufdecken kann. Die Ergebnisse wurden mit Granaten mit bekannten Konzentrationen an oxidiertem und nicht oxidiertem Eisen verglichen.

Dabei zeigte sich, dass die Granate, die aus Gesteinen unter erdähnlichen Bedingungen gewachsen waren, nicht genügend nicht oxidiertes Eisen aufnahmen, um den Grad der Eisenverarmung und -oxidation zu erklären, der in den Magmen beobachtet wurde, die die kontinentale Kruste bilden.

„Diese Ergebnisse machen das Granatkristallisationsmodell zu einer äußerst unwahrscheinlichen Erklärung dafür, warum Magmen aus Kontinentalbogenvulkanen oxidiert und eisenarm sind“, sagte Cottrell. „Es ist wahrscheinlicher, dass die Bedingungen im Erdmantel unterhalb der kontinentalen Kruste diese oxidierten Bedingungen hervorrufen.“

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Der Geologe fügte hinzu, dass die Ergebnisse des Teams derzeit keine alternative Hypothese zur Erklärung der Entstehung der kontinentalen Kruste liefern können, was bedeutet, dass die Ergebnisse letztendlich mehr Fragen aufwerfen als sie beantworten.

„Was bewirkt die Oxidation oder den Eisenabbau?“ fragte Cottrell. „Wenn es nicht um die Granatkristallisation in der Erdkruste geht, sondern darum, wie die Magmen aus dem Erdmantel kommen, was passiert dann im Erdmantel? Wie wurde ihre Zusammensetzung verändert?“

Diese Fragen sind schwer zu beantworten, aber Cottrell betreut derzeit Forscher am Smithsonian, die die Idee untersuchen, dass oxidierter Schwefel die Oxidation von Eisen unter der Erdoberfläche verursacht.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (4. Mai) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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