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Das Geheimnis der ältesten Erdkruste lüften: Wie ist die Zusammensetzung und der Entstehungsprozess der Urkruste?
Die Entwicklung der Erdkruste umfasst die Bildung, Zerstörung und Erneuerung ihrer felsigen Außenschale. Während dieser Prozesse ist die Variabilität in der Zusammensetzung der Erdkruste viel größer als bei anderen ähnlichen Planeten (wie Mars, Venus und Merkur). Im Gegensatz zur relativ einheitlichen Kruste anderer Planeten besteht die Erdkruste nicht nur aus ozeanischen Platten, sondern auch aus Landplatten. Diese einzigartige Eigenschaft spiegelt die komplexen Krustenprozesse wider, die im Laufe der Erdgeschichte stattgefunden haben, insbesondere die anhaltende Bewegung der Plattentektonik. Wissenschaftler haben eine Reihe von Theorien über die Mechanismen der Entwicklung der Erdkruste vorgeschlagen und auf der Grundlage fragmentarischer geologischer Beweise und Beobachtungen hypothetische Lösungen für die Probleme des frühen Erdsystems bereitgestellt.
Frühe Kruste
Mechanismus der frühen Krustenbildung
Aufgrund der hohen Temperaturen, die durch die Kompression der frühen Atmosphäre, ihre schnelle Rotation und häufige Kollisionen mit nahegelegenen Asteroiden erzeugt und aufrechterhalten wurden, war die Erde ursprünglich global geschmolzen. Als sich die Planetenaggregation verlangsamte, kühlte die Erde allmählich ab und die Wärme des Lavaozeans ging durch Strahlung in den Weltraum verloren. Eine Theorie über die Verfestigung von Lava geht davon aus, dass bei einem Absinken der Temperatur auf ein bestimmtes Niveau zunächst der Boden des Lavaozeans zu kristallisieren beginnt und eine dünne Schicht einer „kühlenden Kruste“ bildet. Diese Schicht aus abgekühlter Kruste diente als Wärmeisolierung für den flachen Untergrund und hielt Temperaturen aufrecht, die ausreichten, um Kristallisationsprozesse im tiefen, geschmolzenen Ozean zu fördern.
Bei der Kristallisation des Lavaozeans variiert die Zusammensetzung der entstehenden Kristalle mit der Tiefe, wobei in größeren Tiefen Mg-Perowskit und in flacheren Bereichen Olivin der Hauptbestandteil ist.
Krustendichotomie
Die Krustendichotomie bezieht sich auf den starken Kontrast zwischen der Zusammensetzung und den Eigenschaften der ozeanischen und kontinentalen Platten. Gegenwärtig werden die ozeanische und die kontinentale Kruste durch plattentektonische Prozesse erzeugt und aufrechterhalten, es ist jedoch unwahrscheinlich, dass die Dichotomie der frühen Erdkruste durch diese Mechanismen entstanden ist. Die Studie legt nahe, dass sich die Dichotomie der Erdkruste möglicherweise schon vor dem Beginn der globalen Plattenbewegung gebildet hat, weil dünnes Landgestein mit geringer Dichte damals die gesamte Erde bedeckte und nicht absinken konnte.
Die Auswirkungen der Kollision
Viele große Einschlagkrater finden sich auf Planeten im gesamten Sonnensystem und werden mit einem Zeitraum in Verbindung gebracht, der als „Spätes Schweres Bombardement“ bekannt ist und vor etwa 4 Milliarden Jahren endete. Forschungen der letzten Jahre haben zudem gezeigt, dass diese Einschlagkrater aufgrund der Erosionsrate der Erde und der anhaltenden Plattenbewegungen heute nicht mehr sichtbar sind. Wenn man die auf dem Mond beobachteten Einschlagskrater vergrößert, wird vorhergesagt, dass mindestens 50 % der ursprünglichen Erdkruste von Einschlagsbecken bedeckt sind. Diese Schätzung zeigt die erheblichen Auswirkungen von Einschlagsvertiefungen auf der Erdoberfläche.
Zu den wichtigsten Auswirkungen von Einschlagkratern auf die frühe Erdkruste zählen die Bildung großer Tunnel, die Anpassung des Bodendrucks und ein Temperaturanstieg in der unteren Schicht.
Krustenarten
Ursprüngliche Kruste
Aus dem geschmolzenen Ozean kristallisierten Mineralien und bildeten die ursprüngliche Kruste. Eine mögliche Erklärung für diesen Prozess ist, dass durch die Verfestigung am Rand des Erdmantels vor etwa 4,43 Milliarden Jahren Kontinente aus magnesiumreichen ultramafischen Gesteinen entstanden.
Sekundäre Kruste
Die Sekundärkruste entsteht hauptsächlich durch die Wiederverwendung der vorherigen Urkruste zur Bildung der grundlegenden Sekundärkruste. Durch das partielle Schmelzen in diesem Prozess erhöht sich der basische Bestandteil der Schmelze und der Großteil der sekundären Kruste bildet sich am Mittelozeanischen Rücken und bildet die ozeanische Kruste.
Dritte Kruste
Die heutige kontinentale Kruste ist die tertiäre Kruste, der differenzierteste Krustentyp, dessen Zusammensetzung sich deutlich von der Gesamtzusammensetzung der Erde unterscheidet. Diese Kruste enthält mehr als 20 % inkompatible Elemente, was durch das teilweise Schmelzen der sekundären Kruste verursacht wird.
Der Beginn der Plattentektonik
Die Entstehung und Entwicklung von Platten wird durch Hotspots im frühen Erdmantel verursacht, die ein lokales Absinken der Erdkruste an der Oberfläche verursachen und so das nachfolgende Absinken von Platten begünstigen. Numerische Modelle zeigen, dass nur starke Hotspots die Kruste aufweichen und ihre Struktur zerstören können. Dem Modell zufolge begann die erste Subduktion vor 3,6 Milliarden Jahren.
Moderne Analogien zur frühen Erdkruste
Die geochemischen Eigenschaften der Gesteine aus dem frühen Archaikum des metamorphen Gesteinskomplexes Acasta weisen große Ähnlichkeit mit einigen modernen mesochistischen Gesteinen in Island auf, sodass wir bis zu einem gewissen Grad Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Entstehungsprozesse der Erdkruste zu dieser Zeit ziehen können.
Hinter den Mysterien der Erde hilft uns das Studium dieser frühen Krusten nicht nur, die Geschichte der Erde zu verstehen, sondern regt auch zum Nachdenken über mögliche geologische Aktivitäten in der Zukunft an. Angesichts dieser komplexen Mechanismen der Krustenentwicklung müssen wir uns fragen: Gibt es Ähnlichkeiten in der Krustenentwicklung anderer Planeten auf der Erde oder sind sie alle einzigartig?
