Paul Sparks
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Die Kontinente der Erde wurden möglicherweise unter großen Gebirgszügen wie den Anden geboren.
Neue Forschungen, die ein mysteriöses fehlendes Spurenelement, ein 66 Millionen Jahre altes Gestein, das von einem alten Vulkan aufgerissen wurde, und eine Datenbank aller Gesteinschemikalien kombinieren, die von Wissenschaftlern im vergangenen Jahrhundert analysiert wurden, erklären, warum die Erde Kontinente hat. Die Studie wurde am 16. Januar in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht und legt nahe, dass dort, wo Berge geboren werden, auch Kontinente geboren werden.
"Es ist wie ein Puzzle", sagte Studienleiter Ming Tang, Postdoktorand für Geologie an der Rice University in Houston. "In diesem kontinentalen Puzzle fehlt ein Teil, und es scheint, dass wir die Antwort gefunden haben." [Photo Timeline: Wie sich die Erde gebildet hat]
Das fehlende Stück
Das fehlende Stück ist ein Seltenerdmetall namens Niob. In der Mittelschicht der Erde, die als Mantel bezeichnet wird, sowie in der ozeanischen Kruste (dem Teil der äußeren Schicht des Planeten, der von Meeren bedeckt ist) treten Niob und ein anderes Seltenerdelement, Tantal, typischerweise in einem konsistenten Verhältnis zusammen auf. Die kontinentale Kruste ist komisch, sagte Tang. Die Kruste, aus der die Kontinente bestehen, enthält relativ wenig Niob.
Der Fall dieses fehlenden Niobs in der Kontinentalkruste hat Geowissenschaftler seit Jahrzehnten belästigt. Tang ging in einer vom Max-Planck-Institut in Deutschland geführten Datenbank zur Gesteinsgeochemie auf die Jagd. Er suchte nach Subduktionszonen, in denen die Kruste in die Mantel- und Magmenform mahlt. Wenn dieses Magma abgekühlt ist, kann es Kontinente schaffen. In vielen dieser Subduktionszonen fehlte Niob nicht, stellte Tang fest. Aber es fehlte bizarrerweise in bestimmten Gebirgsregionen wie den Anden.
Die Anden sind eine riesige Bergregion, die von der nahe gelegenen Tektonik einer Subduktionszone angetrieben wird. Während die ozeanische Kruste vor der Küste Südamerikas unter der kontinentalen Kruste knirscht, steigen die unruhigen Anden auf und Magma spritzt aus einigen der höchstgelegenen Vulkane der Erde, sagte Tang.
Regionen wie die Anden - die sich auf einer Subduktionszone bilden - sind als Kontinentalbögen bekannt und sie sind etwas Besonderes, weil die Kruste dort etwa doppelt so dick ist wie die reguläre Kontinentalkruste, sagte Tang. Leider ist die Chemie der Gesteine am Boden dieser Kruste ein Rätsel. Diese Felsen befinden sich fast 80 Kilometer unter der Oberfläche und sind nicht zugänglich.
Betritt den Xenolithen
Glücklicherweise waren die Berge der Sierra Nevada im Westen der Vereinigten Staaten früher eine aktive Bergregion, wie heute die Anden. Tang analysierte zusammen mit dem Petrologen der Rice University, Cin-Ty Lee, und seinen Kollegen eine Gesteinsprobe, die sich vor etwa 66 Millionen Jahren gebildet hatte und vor etwa 25 Millionen Jahren bei einem Vulkanausbruch an die Oberfläche gedrückt wurde. Dieser Felsen, Xenolith genannt, bildete sich ursprünglich tief am Fuße der Sierra Nevada, als sie ein aktiver Kontinentalbogen waren - die Forscher fanden den Felsen in Arizona.
Der Felsen "könnte ein sehr schönes, ausgezeichnetes Analogon zur tiefen Kruste unter den Anden liefern", sagte Tang.
Die Analyse zeigte, dass der Kontinentalbogen-Xenolith zusätzliches Niob aufwies. Tang und seine Kollegen hatten das fehlende Seltenerdelement des Kontinents gefunden: Das verlorene Niob steckt am Boden der Kontinentalbögen fest.
Niob wird aufgrund der einzigartigen Bedingungen unter diesen superdicken Abschnitten der Erdkruste so tief eingeschlossen. Unter kontinentalen Bögen steht der Mantel wegen der dicken Kruste unter hohem Druck, sagte Tang. Unter hohem Druck kristallisiert ein Titanmineral namens Rutil aus Magma. Rutil fängt zufällig große Mengen Niob und nicht viel Tantal ein. Es ist auch sehr dicht, so dass es tief in die Kruste fällt, wenn andere Steine zur Oberfläche zirkulieren.
Da der Kontinentalkruste Niob fehlt, muss sie sich unter diesen Kontinentalbogenbedingungen gebildet haben, sagte Tang. Und das bedeutet, dass Orte wie die Anden heute wahrscheinlich den Samen aller Kontinente auf der Erde enthielten.
"Jedes Stück Kontinent, auf dem wir gerade stehen, hat wahrscheinlich mit diesen Bergbauprozessen begonnen", sagte Tang.
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