Niemand weiß bisher genau wie die Erde zu dem lebensfreundlichen und bewohnbaren Planeten wurde, der sie heute ist. Zwischen der Entstehung des Sonnensystems vor viereinhalb Milliarden Jahren, die durch Meteoritenfunde dokumentiert ist, und den ältesten Gesteinen der Erde klafft eine Lücke von 500 Millionen Jahren. Nur einige Minerale in Westaustralien sind noch etwas älter. Deswegen weiß die Wissenschaft nur in sehr groben Zügen, was während der ersten 500 Millionen Jahre der Erdgeschichte geschah.

Kölner Wissenschaftler unter Leitung von Professor Dr. Carsten Münker von der Arbeitsgruppe „Geochemie und Kosmochemie“ am Institut für Geologie und Mineralogie wollen in dem Projekt „Infant Earth“ diese Lücke schließen. Dabei verwenden die Kölner Wissenschaftler bahnbrechend neue Techniken zur Messung von Isotopenverhältnissen in geologischen Proben. Das Projekt wird von der Europäischen Union als eines von nur sieben Projekten in Nordrhein-Westfalen durch einen ERC- Advanced Grant (European Research Council/ Europäischer Forschungsrat) in Höhe von 2,5 Millionen Euro gefördert.

Das Projekt soll klären, wie sich die Erde in den unerforschten ersten 500 Millionen Jahren zu einem bewohnbareren Planeten entwickelt hat. „Die drei Schlüsselprozesse, die den Planeten formten, fanden in dieser Zeit statt”, erklärt der Koordinator des Projekts, Professor Carsten Münker. “Das sind das Wachstum der Erde durch die Kollisionen von Asteroiden, die Entwicklung des Metallkerns und der festen Kruste der Erde sowie die Zufuhr von leicht flüchtigen Elementen und Verbindungen wie z.B. dem Wasser auf der Erde.“

Anhand der ältesten Gesteine der Erde und den Urgesteinen aus der Frühphase des Sonnensystems, den Meteoriten, können Geowissenschaftler die Rahmenbedingungen während der frühen Entwicklung der Erde rekonstruieren. Zu den untersuchten Proben gehört auch Mondgestein, das von den Apollomissionen mitgebracht wurde – eine Besonderheit, denn die NASA gibt nur selten Mondgestein an europäische Forschungsinstitute.

Da irdische Gesteinsproben aus den ersten 500 Millionen Jahren weitgehend fehlen, müssen diese grundlegenden Prozesse indirekt mit Hilfe durchdachter geochemischer Ansätze, wie z.B. der Analyse von Spurenelementen und deren Isotopenzusammensetzungen  in jüngeren Gesteine  oder Meteoriten, entschlüsselt werden. Hierbei sind besonders Gesteine und Minerale aus den Erdzeitaltern des Hadaikums (>4 Milliarden Jahre) und Archaikums (4.0 bis 2.5 Milliarden Jahre) von Interesse. Nur solche Gesteinsproben erhalten noch wichtige Informationen aus der Frühzeit der Erde, wie z.B. über die Herkunft der Wassers auf der Erde, über die Entstehung der ersten Kontinente oder die Entwicklung der Ozeane.

Mit Hilfe eines Multikollektor ICP-Massenspektrometers untersuchen die Kölner Geowissenschaftler die entsprechenden Gesteins- und Meteoritenproben. „Wir können selbst Isotopenmessungen an wenigen Nanogramm (milliardstel Gramm) eines chemischen Elementes durchführen“, erklärt Münker. Zukünftig werden die Kölner Wissenschaftler noch über ein weiteres Massenspektrometer verfügen, dessen Anschaffung durch die DFG gefördert wurde. Im Reinstluftlabor des neuen geowissenschaftlichen Laborzentrums in der Zülpicherstraße 49b  werden dann zwei solcher Massenspektrometer stehen, die jeweils einen Wert von 1 Million Euro haben.

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Professor Dr. Carsten Münker
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