Die heutige Erdoberfläche ist zu 71 % von Ozeanen und zu 29 % von Festland bedeckt. Die Frage, wann sich größere Mengen an Festlandmassen aus dem Meer erhoben, wird unter Wissenschaftlern aber immer noch kontrovers diskutiert. Neue Untersuchungen von Geowissenschaftlern der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit der Universität Bonn und der Jacobs University Bremen zeigen nun, dass bereits vor 2.700 Mio. Jahren große Festlandmassen auf der Erde existierten. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Geologyveröffentlicht (DOI: 10.1130/G35014.1).

Einer Kölner Forschergruppe unter Leitung von Prof. Carsten Münker und Dr. Elis Hoffmann und ihrem Diplomanden Sebastian Viehmann  gelang es (gemeinsam mit Prof. Michael Bau von der Jacobs University Bremen) erstmals die Isotopenzusammensetzung der seltenen Spurenelemente Hafnium und Neodym in 2.700 Mio. Jahre altem Meerwasser zu bestimmen, indem sie hochreine chemische Sedimentgesteine der Temagami Eisenformation (Kanada) als Archiv benutzten.

Frühere Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass diese Gesteine aus Kanada nur chemische Elemente enthalten, die ursprünglich im Meerwasser gelöst waren. Die Temagami Formation, die sich vor 2.700 Mio. Jahren im Erdzeitalter des Spätarchaikums bildete, kann daher als Archiv genutzt werden, in dem die Isotopenzusammensetzung von vielen chemischen Elementen, wie auch Hafnium und Neodym des neoarchaischen Meerwassers erhalten geblieben ist. Diese beiden sehr seltenen Elemente erlauben wertvolle Rückschlüsse über Verwitterungsprozesse.

Bei diesen Untersuchungen kam das Forscherteam zu einem überraschenden Ergebnis, das jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Geology veröffentlicht wurde: Vor 2.700 Mio. Jahren enthielt das Meerwasser bereits eine ungewöhnliche Anreicherung des radioaktiven Hafnium Isotops Hafnium 176, aber eine vergleichsweise sehr geringe Anreicherung des radioaktiven Neodym Isotops 143, ähnlich wie sie auch im heutigen Meerwasser beobachtet werden.

„In heutigem Meerwasser wird dieses Phänomen durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen an der Erdoberfläche erklärt“, erklärt Prof. Münker. „Wäre die Erde also im Spätarchaikum, wie durch Computermodelle errechnet, noch zu mehr als 97% mit Wasser bedeckt gewesen, hätte sich dieses geochemische Signal im Meerwasser gar nicht bilden können“, fügt Dr. Hoffmann hinzu.

Die neuen Ergebnisse zeigen, so die Schussfolgerung des Wissenschaftlerteams, dass vor 2.700 Mio. Jahren doch schon relativ große Landmassen aus den Ozeanen herausragten, auf denen Gesteine der Verwitterung und Erosion durch Sonne, Wind und Regen ausgesetzt waren. Dr. Hoffmann: „Das Isotop Hafnium 176 wird im Vergleich zu seinem Partner Neodym 143 bevorzugt durch Verwitterung ins Meer transportiert und wurde dort in die 2700 Mio Jahre alten eisenreichen Sedimenten am Meeresboden eingebaut.“

Die Untersuchungen wurden im gemeinschaftlichen Isotopenlabor der Universitäten Köln und Bonn durchgeführt. Prof. Münker: „Mit unserem Massenspektrometer können wir solche Isotopenmessungen an sehr seltenen Elementen durchführen, deren Häufigkeit im ppb Bereich liegt, das sind ungefähr eines von 1 Milliarden Teilchen."

Studie: Decoupled Hf-­-Nd isotopes in Neoarchean seawater reveal weathering of emerged continents,
Autoren: Sebastian Viehmann, J. Elis Hoffmann, Carsten Münker, Michael Bau

Link:

http://geology.gsapubs.org/content/early/2013/12/12/G35014.1.abstract


Kontakt:

Prof. Carsten Münker/Dr. Elis Hoffmann
Arbeitsgruppe Geochemie und Kosmochemie
Institut für Geologie und Mineralogie
Zülpicherstr. 49b
50674 Köln
c.muenkeruni-koeln.de
hoffmaj1uni-koeln.de

http://www.geologie.uni-koeln.de/geochemie.html