Neuer Rekordhalter: Das älteste Gestein der Erde

Für die Wissenschaft ist es eine Sensation: Im Norden von Kanada sind Geologen auf die ältesten Felsen gestoßen, die je entdeckt wurden. Sie gehören zum Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel an der Hudson Bay und sind über vier Milliarden Jahre alt.

Ein internationales Forscherteam hat das Gestein im nördlichen Kanada jetzt auf 4,28 Milliarden Jahre datiert. Damit wäre es gerade mal 300 Millionen Jahre jünger als unser Sonnensystem. Nun erkunden die Wissenschaftler, ob die uralten Felsen ein Überrest der allerersten Erdkruste sind, die sich einst vom Erdmantel abgetrennt hat. Dann könnte die Entdeckung helfen, einige Geheimnisse der ganz frühen Erdgeschichte zu lüften. Vielleicht verraten die Felsen ja etwas darüber, wo und wann das Leben begann? Auch hoffen die Forscher, im Gestein lesen zu können, wie sich die Atmosphäre verändert und wann sich der erste Kontinent unserer Erde geformt hat.

Der Name Grünsteingürtel stammt übrigens von der Farbe seines metamorphen Gesteins. Es sind die in den Felsen enthaltenen Minerale, welche sie an manchen Stellen grünlich färben.

Altersranking der „Urgesteine“

Alt und faltig sind sie alle. Doch die Brocken der ältesten Gesteine trennen immerhin Jahrmillionen. Bis vor kurzem, als der Felsen aus dem Nuvvuagittuq-Gesteingürtel auf stolze 4,28 Milliarden Jahre datiert wurde, galt ein anderer Felsen Nordkanadas als ältestes Gestein der Erde: der so genannte Acasta-Gneis im Nordwesten des Landes. Dieser hat immerhin auch schon 4,03 Milliarden Jahre auf dem Buckel. Mit seinem hohen Alter überbietet der alte Gneis eine Formation aus Bändereisen in Grönland: Diese rangiert auf der Altersskala der Gesteine jetzt auf Platz 3. Die Felsen in Grönland sind eben „nur“ 3,9 Milliarden Jahre alt!

Kreislauf der Gesteine

Kein Gestein der Erde ist für die Ewigkeit gemacht. Es verwittert an der Oberfläche, wird abtransportiert und erneut abgelagert. Beim Zusammenstoß zweier Platten werden Sedimentschichten zusammengestaucht und zu Hochgebirgen aufgefaltet. Das Gestein abtauchender Platten schmilzt im Erdinneren und bildet die Quelle von Vulkanen. Lava, die ein Vulkankrater ausspuckt, kühlt wiederum ab und erstarrt wieder zu Gestein.

Gestein wird immer wieder umgewandelt
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Es ist ein ewiger Kreislauf, der dafür sorgt, dass selbst das härteste Gestein sich immer wieder verwandelt und neues daraus entsteht. Die Verwandlung geschieht natürlich nicht von heute auf morgen, sondern über Jahrmillionen. „Mitspieler“ dieses Kreislaufs sind drei Gruppen von Gestein, die jeweils unter anderen Bedingungen entstehen:

Heißes Magma kühlt ab zu magmatischem Gestein
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Wenn Magma abkühlt, erstarrt die heiße Masse zu magmatischem Gestein. Das kann sowohl an der Erdoberfläche als auch im Inneren der Erde geschehen. Wo sich dagegen Schichten von abgetragenem Gesteinsschutt anhäufen, werden die Sedimente unter der Last des eigenen Gewichts zusammengepresst. Durch diesen Druck verfestigen sie sich zu Sedimentgestein. Hoher Druck und große Hitze im Erdinneren wiederum sorgen dafür, dass sich Gestein verwandelt und ein anderes entsteht. Dann sprechen Geologen von Umwandlungs- oder von metamorphem Gestein.

Sedimentschichten werden erneut abgetragen
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Diese drei Gesteinstypen sind eng miteinander verbunden: Jeder Typ kann sich in jeden anderen verwandeln. Dieser Gesteinskreislauf wird immer weitergehen, so lange es die Erde gibt.

Marmor entsteht durch Erhitzen von Kalkstein im Erdinneren
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Metamorphe Gesteine

Es geschieht im Inneren der Erde: Starker Druck und hohe Temperaturen sorgen dafür, dass die Bestandteile des Gesteins, die Minerale, miteinander reagieren und sich verwandeln. Auf diese Weise bildet sich neues Gestein. Weil das griechische Wort für Verwandlung „Metamorphose“ lautet, sprechen Geologen auch von metamorphen Gesteinen.

Abbau von Marmor in der Toskana
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Ein entsprechend hoher Druck kommt zustande, wenn zwei Erdplatten aufeinander prallen und eine Platte unter die andere taucht. Das Gestein wird dann, wie in einer gewaltigen Presse, zusammengequetscht. Häufiges Ergebnis einer solchen Gesteinsmetamorphose ist der Blauschiefer. Sein Ausgangsgestein ist Basalt oder ein Gestein mit ähnlicher Zusammensetzung wie Basalt.

Quarzit ist härter als der Sandstein, aus dem er gebildet wurde
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Auch große Hitze hat zur Folge, dass Gestein sich verwandelt. So wird es etwa in der Nähe eines Magmaherdes wie in einem Ofen gebacken. Marmor zum Beispiel ist nichts anderes als Kalkstein, der im Erdinneren sehr stark erhitzt wurde; bei diesem Prozess bilden sich neue Minerale, das Gestein wird härter. Auch Sandstein verwandelt sich bei hohen Temperaturen, denn seine Quarzkörnchen verkleben dann miteinander: Aus dem ursprünglichen Sedimentgestein wird der härtere Quarzit.

Fußböden sind oft aus hartem Marmor
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Im Unterschied zum völligen Aufschmelzen durch Vulkanismus bleibt das Gestein bei der Metamorphose fest. Steigt allerdings die Temperatur weiter an, wird das Gestein irgendwann zu flüssigem Magma. Kühlt diese Masse ab, wird daraus wiederum magmatisches Gestein. Der Kreislauf des Gesteins ist in vollem Gange.

Hitze und Druck im Erdinneren wandeln das Gestein immer wieder um
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Was ist Gestein?

An manchen Stellen lugt es unter einer dünnen Pflanzendecke hervor, anderswo ragt es als steile Felswand in die Höhe: das nackte Gestein. Es ist das Baumaterial, aus dem Erdkruste und Erdmantel bestehen. Gestein ist jedoch keine einheitliche Masse. Ähnlich einem Kuchenteig – nur viel härter – ist es eine Mischung aus verschiedenen Zutaten: den Mineralen.

Wo keine Pflanzendecke ist, wird das Gestein sichtbar
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Gestein besteht also aus unterschiedlichen Mineralen. Je nach Zusammensetzung fügen sich die Minerale zu bestimmten Gesteinsarten zusammen. Granit zum Beispiel ist ein Gestein, das aus den Mineralen Feldspat, Quarz und Glimmer besteht. Dass Granit aus verschiedenen Mineralen aufgebaut ist, zeigt sich schon daran, dass er gesprenkelt ist: Er enthält hellere und dunklere Teile, die ihre unterschiedliche Farbe drei verschiedenen Mineralen verdanken. Die dunkleren Stellen stammen vom Mineral Glimmer. Weißlich bis grau erscheint häufig das Quarzmineral. Das dritte Mineral, der Feldspat, kann alle möglichen Farben annehmen, sogar rosa. Anders als das harte Granitgestein besteht der weichere Sandstein fast vollständig aus Quarz. Aus diesem Grund sieht Sandstein einheitlicher aus als der gesprenkelte Granit.

Pflaster aus Granitblöcken
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Fast alle Minerale ordnen sich nach einem bestimmten Gittermuster zu gleichmäßigen Formen, den Kristallen. So wächst das Mineral Steinsalz zum Beispiel zu einem Würfel. Durch die regelmäßige Anordnung ergeben sich aber auch andere Formen mit glatten Flächen, wie sie bei einem Bergkristall gut zu erkennen sind. Dieser besteht aus besonders reinem und daher durchsichtigem Quarz. Ist in den Quarz dagegen Flüssigkeit eingeschlossen, färbt er sich milchig trüb. Dann sprechen Geologen von einem Milchquarz.

Felsen aus Sandstein
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Das Mineralsalz wächst zu würfelförmigen Salzkristallen
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Die Erdzeitalter

Seit ihrer Entstehung hat sich die Erde stark verändert: Berge, Meere und Kontinente sind entstanden und vergangen, Tier- und Pflanzenarten haben sich ausgebreitet und sind ausgestorben. Die meisten dieser Veränderungen passierten sehr langsam, über viele Millionen Jahre hinweg. Aber ab und zu gab es einschneidende Ereignisse: Innerhalb weniger tausend Jahre änderten sich die Umweltbedingungen drastisch.

Äonen: Die großen Kapitel der Erdgeschichte
Quelle: SWR

Für die Wissenschaftler, die die Geschichte der Erde erforschen, sind diese drastischen Veränderungen wie ein neues Kapitel in einem Buch: Sie unterteilen die Erdgeschichte in verschiedene Abschnitte, die Äonen genannt werden.

Zu Beginn, vor 4,5 Milliarden Jahren war die Erde völlig unbewohnbar. Sie entstand als eine heiße Kugel aus glühendem geschmolzenem Gestein, umgeben von heißen, ätzenden und giftigen Gasen. Das klingt wie eine Beschreibung der Hölle – und vom griechischen Wort „Hades“ für Hölle stammt auch der Name dieser Zeit: Hadaikum. Es endete vor etwa vier Milliarden Jahren mit der ersten großen Veränderung: Die Erde war so weit abgekühlt, dass die Oberfläche fest wurde – die Erde bekam eine Kruste.

Im Hadaikum war die Erde eine Kugel aus flüssigem Gestein
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Die Erde kühlte weiter ab, so dass sich auf der Kruste flüssiges Wasser sammeln konnte: Meere entstanden. Und in diesen Meeren begann vor etwa 3,8 Milliarden Jahren das Leben – zunächst aber nur in Form einfachster Bakterien. Das griechische Wort für Ursprung oder Beginn steckt im Namen dieser Zeit: Archaikum. Eine wichtige Klimaveränderung vor etwa 2,5 Milliarden Jahren markierte den Übergang zur nächsten Epoche: Die primitiven Lebewesen begannen, die Umwelt zu beeinflussen. Sie produzierten Sauerstoff, der bislang in der Atmosphäre fast gar nicht vorkam.

Die frühen einzelligen Lebensformen wurden mit der Zeit komplexer, sie bildeten Zellkerne. Später begannen einige auch, dauerhaft in Verbünden zusammenzuarbeiten – daraus wurden schließlich die ersten mehrzelligen Organismen. Allerdings hatten sie noch keine festen Schalen oder Skelette, so dass aus dieser Zeit kaum Fossilien erhalten sind. Dieser Zeit vor dem Entstehen der Fossilien verdankt diese Epoche ihren Namen: Proterozoikum.

Das Proterozoikum endete vor 550 Millionen Jahren mit einer Explosion des Lebens: Innerhalb kurzer Zeit entwickelte sich aus den primitiven Lebensformen eine enorme Artenvielfalt. Diese Arten waren viel komplexer gebaut – und einige hatten auch schon harte Schalen, die erstmals als Fossilien erhalten blieben. Daher wird für die Wissenschaftler die Geschichte des Lebens erst ab diesem Zeitpunkt so richtig sichtbar. Und nach dem griechischen Begriff für „sichtbar“ ist auch diese Epoche bennant: Phanerozoikum.

Dieses Zeitalter des Lebens dauert seit 550 Millionen Jahren bis heute an. Allerdings verlief auch die Entwicklung des Lebens nicht gleichmäßig: Nach der explosionsartigen Ausbreitung des Lebens gab es zwei verheerende Massensterben. Diese markieren weitere wichtige Einschnitte in der Erdgeschichte, so dass Wissenschaftler das Zeitalter des Lebens, das Phanerozoikum in drei Abschnitte, Ären genannt, einteilen.

Die Abschnitte des Phanerozoikum
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Die älteste Ära des Phanerozoikum begann vor 550 Millionen Jahren mit der massenhaften Entstehung neuer Arten. Man nennt sie das Erdaltertum oder Paläozoikum. Zunächst spielte sich das Leben nur in den Ozeanen ab. Dann besiedelten die Pflanzen das Land, später zog auch die Tierwelt nach: Zuerst entwickelten sich die Amphibien, die sich bereits ein wenig an Land vortasten konnten, und schließlich auch Reptilien, die unabhängig vom Wasser wurden und das Land eroberten. Das Erdaltertum endete vor etwa 251 Millionen Jahren mit dem größten Massensterben aller Zeiten: Über 90 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten starben aus, vor allem in den Meeren. Der Grund ist bis heute nicht endgültig geklärt. Wissenschaftler vermuten, dass eine Eiszeit schuld war, möglicherweise als Folge eines Meteoriteneinschlags.

Als sich die überlebenden Tier- und Pflanzenarten an ihre neue Umwelt gewöhnen mussten, brach das Erdmittelalter oder Mesozoikum an. Es ist vor allem das Zeitalter der Dinosaurier: Riesige Echsen entwickelten sich und beherrschten das Leben fast 200 Millionen Jahre lang. Doch auch das Erdmittelalter endete mit einem einschneidenden Ereignis: Vor etwa 65 Millionen Jahren schlug ein großer Meteorit auf der Erde ein. Dabei wurde so viel Staub und Asche in die Luft geschleudert, dass sich der Himmel verdunkelte und sich das Klima für lange Zeit veränderte. Die Dinosaurier und viele andere Arten starben aus.

Das Erdmittelalter war die Zeit der Dinosaurier, wie Stegosaurus ...
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... und Tyrannosaurus Rex.
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Davon profitierten vor allem kleine Säugetiere, die sich am besten an den Klimawandel anpassen konnten. Sie hatten sich bereits im Erdmittelalter entwickelt, waren aber im Schatten der Dinosaurier geblieben. Nun konnten sie sich rasant ausbreiten, die unterschiedlichsten Lebensräume erobern und sich immer weiter entwickeln. Auch der Mensch stammt von dieser Gruppe ab. Dieses jüngste Zeitalter hält bis heute an und wird daher auch die Erdneuzeit oder Känozoikum genannt.

Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Diese grobe Einteilung der Erdgeschichte orientiert sich an sehr einschneidenden Veränderungen des Lebens: Explosionsartige Vermehrung oder Massensterben. Dazwischen gab es aber weitere Umbrüche durch verschiedene andere Einflüsse – Veränderungen der Meere und Kontinente durch die Kontinentalverschiebung, Klimawandel zwischen Eis- und Warmzeiten, Zusammensetzung der Luft und vieles mehr. Immer bevorzugten die neuen Bedingungen einzelne Arten und benachteiligten andere. So können die drei Abschnitte des Phanerozoikum (Zeitalter des Lebens) noch jeweils in mehrere Perioden unterteilt werden.

Übersichtstabelle der Erdzeitalter
Quelle: SWR

Ozeanische und kontinentale Kruste

Nicht überall ist die Erdkruste gleich aufgebaut. Die Landmassen der Erde bestehen aus kontinentaler, der Meeresboden aus ozeanischer Kruste. Einer der Unterschiede ist, dass die kontinentale Kruste neben Sauerstoff vor allem Silizium und Aluminium enthält. Die ozeanische Kruste hat dagegen auch einen hohen Anteil an Magnesium. Doch das ist lange nicht der einzige Unterschied:

Bei einem Vulkanausbruch wird neue Erdkruste gebildet
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Ozeanische Kruste bildet sich am Meeresgrund, wo entlang der mittelozeanischen Rücken Magma aufsteigt und erstarrt. Da hier ständig Kruste nachwächst, werden die beiden Lithosphären-Platten nach außen gedrückt. In Richtung der Küsten wird die ozeanische Kruste also immer älter. Einige der ältesten Stücke sind um die 200 Millionen Jahre alt. Sie liegen im Atlantik vor Nordamerika und östlich des Marianengrabens im Pazifik. Noch älter wird die etwa fünf bis acht Kilometer dicke ozeanische Kruste aber nicht: Weil sie schwerer ist als die kontinentale, taucht sie beim Zusammenstoß ab und wird im Erdinneren wieder aufgeschmolzen.

Die Färöer Inseln ragen als Teil der ozeanischen Kruste über den Meeresspiegel hinaus
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Die kontinentale Kruste ist zwar leichter, aber dafür dicker als die ozeanische Kruste: Im Durchschnitt reicht sie 40 Kilometer, unter Gebirgen sogar bis zu 80 Kilometer in die Tiefe. Wann genau sie sich gebildet hat, ist selbst der Wissenschaft noch ein Rätsel. Hinweise darauf gibt das älteste bisher bekannte Gestein auf der Erde: Es wurde in Nordkanada gefunden, ist über vier Milliarden Jahre alt und vermutlich ein Rest der allerersten Erdkruste.

Der Meeresboden an der Küste besteht noch aus kontinentaler Kruste
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Die äußerste Hülle der Erde

Wie ein Ei von der Eierschale ist auch die Erde von einer harten Hülle umgeben. Diese äußerste Schicht umgibt den Erdmantel und wird Erdkruste genannt. Vergleicht man die Erde mit einem Pfirsich, ist die Erdkruste – relativ gesehen – so dick wie seine Haut. Unter Kontinenten reicht sie durchschnittlich 40 Kilometer in die Tiefe, unter den Ozeanen sogar nur etwa sieben Kilometer.

Die Erdkruste ist im Verhältnis zur Erde so dick wie die Pfirsichhaut zum Pfirsich
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Darunter liegt der äußere Teil des Erdmantels, der bis in etwa 100 Kilometer Tiefe reicht. Er ist ebenfalls fest, besteht aber aus schwererem Gestein. Die Erdkruste und dieser äußerste Teil des Mantels zusammen werden auch „Lithosphäre“ genannt. Diese feste Gesteinsschicht ist in verschieden große Platten zerbrochen, die ganz langsam auf dem heißen, zäh fließenden Erdmantel umher treiben.

Island liegt auf dem mittelatlantischen Rücken, wo die Lithosphärenplatten auseinanderklaffen
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Wo die Gesteinsschmelze aus dem heißen Erdmantel nach oben dringt, kann die Erdkruste aufbrechen. Dann strömt Lava heraus, die zu neuer Erdkruste wird. Hauptsächlich geschieht das dort, wo die Platten der Lithosphäre aneinander grenzen, wie an den mittelozeanischen Rücken.

Die Alpen – Hochgebirge am Plattenrand
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In Island zum Beispiel sind diese Plattengrenzen gut zu erkennen: Risse und Furchen ziehen sich hier durch die Erdkruste, wo eurasische und nordamerikanische Platte voneinander wegdriften. Im Mittelmeerraum liegt ebenfalls eine Plattengrenze. Weil hier die Afrikanische gegen die Eurasische Platte drückt, gibt es in Italien viele Vulkane und immer wieder Erdbeben.

Die Liparischen Inseln – eine Vulkankette in Italien
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Die Kruste wird vom Boden bedeckt. Der Boden der Landmassen bildet sich aus verwittertem Gestein und Überresten von Tieren und Pflanzen. Der Meeresboden dagegen entwickelt sich aus Ablagerungen wie Ton und abgesunkenen Resten von Meeresorganismen. An den Küsten besteht der Meeresboden zusätzlich aus abgelagertem Geröll, das vom Festland abgetragen und ins Meer geschwemmt wurde.