Studie stellt Daten für Katastrophen auf dem frühen Mond und der Erde infrage

Eine davon ist der Höchstleistungs-Zusammenprall, der Material aus der Erde herausschleuderte, durch das der Mond entstand, 50 Millionen Jahre, nachdem die Erde bereits geformt war. Eine weitere ist das frühe schwere Bombardement, eine Welle von Einschlägen, die vor circa 4 Milliarden Jahren höllische Oberflächenbedingungen auf der jungen Erde verursacht haben könnten.

Beide Ereignisse sind weithin akzeptiert, doch nicht ausreichend belegt, weshalb Geowissenschaftler begierig nach weiteren Details und besseren Daten sind. Viele dieser Daten stammen von Zirkonen, die während der Apollo-Reisen der NASA in den 70er Jahren vom Mond mitgebracht wurden.

Eine Studie von Zirkonen, die aus einem gigantischen Meteoriteneinschlag in Südafrika stammen (online im Magazin „Geology“ nachzulesen), hegt Zweifel an den Datierungsmethoden für lunare Einschläge. Das aussschlaggebende Problem ist laut Leitautor Aaron Cavosie, Gastprofessor der Geowissenschaft und Mitglied des NASA-Instituts für Astrobiologie an der Universität von Wisconsin-Madison, die Tatsache, dass Mondzirkone „ex situ“ sind, was bedeutet, dass sie aus dem Gestein, in dem sie sich formten, entfernt worden sind. Dies nimmt Geowissenschaftlern die Möglichkeit, Hinweise auf einen Einschlag zu untermauern.

„Während Zirkon einer der besten isotopischen Uhren ist, um viele geologische Prozesse zu datieren,“ sagt Cavosie, „zeigen unsere Ergebnisse, dass es für uns eine große Herausforderung darstellt, ex situ Zirkon für die Datierung eines großflächigen Einschlags bekannten Alters zu verwenden.“

Obwohl viele ihrer Zirkone auf Erschütterung hinweisen, „verlieren ex situ Zirkone entscheidende kontextbezogene Informationen, wenn sie erst einmal von ihrem Wirtsgestein getrennt wurden“, sagt Cavosie.

Die „Uhr“ erscheint in einem Zirkon in Form von Blei-Isotopen, die sich während des radioaktiven Zerfalls von Uran ansammeln. Mithilfe präziser Messungen von Isotopen sind Wissenschaftler in der Lage, basierend auf der Halbwertszeit von Uran, den Zeitraum zu berechnen, in dem sich das Blei angehäuft hat.

Ging das gesamte Blei während einem Asteroideneinschlag verloren, wurde die Uhr auf Null zurückgesetzt, und der Betrag an angesammeltem Blei sollte genau zeigen, wann sich der Einschlag ereignete.

Studien von Mondzirkonen schlossen sich dieser Vorgehensweise an, und laut den vorliegenden Daten fand das schwere Bombardement vor 4,3 bis 3,9 Milliarden Jahren statt.

Um die Annahme, die Uhr würde infolge eines Einschlags auf Null zurückgesetzt werden, zu überprüfen, sammelten Cavosie und seine Kollegen Zirkone in der Nähe des großflächigsten Einschlags der Erde, in Südafrika, von dem wir wissen, dass er vor 2 Milliarden Jahren stattfand. Die Struktur des Vredefort-Einschlags ist stark erodiert und ungefähr 90 Kilometer breit, sagt Cavosie, der auch für das Department für Angewandte Geologie an der Curtin Universität in Perth, Australien, tätig ist.

„Die Originalgröße, die auf 300 Kilometer im Durchmesser geschätzt wird, sowie seine Form stammen von einem Impaktor von 14 Kilometern im Durchmesser,“ erklärt er.

Die Forscher suchten nach Besonderheiten in den Zirkonen, die als Beweis für einen Einschlag infrage kommen. Sie schlussfolgerten, dass ihr Alter am besten wiedergespiegelt wird, wenn sich die Zirkone in Magma gebildet hatten. Die Zirkone aus Südafrika sind „deplazierte Körner, die den endgültigen Beweis für Verformung infolge von Erschütterung durch den Vredefort-Einschlag beinhalten,“ meint Cavosie.

„Allerdings sagen die meisten der Körner nichts über das Alter des Einschlags aus, sondern eher über das Alter des Gesteins, in dem sie sich bildeten und das circa 1 Milliarde Jahre älter ist.“

Laut Zirkon-Experte John Valley, Professor für Geowissenschaft an der Universität Wisconsin-Madison, stellt sich der Sachverhalt auf der Erde anders dar.

„Die meisten Zirkone der Erde werden in Granit gefunden, und sie entstanden im selben Prozess, der auch für die Entstehung des Granits verantwortlich war. Dies verleitete Menschen zu der Annahme, dass alle Zirkone durch den Einschlag zurückgesetzt wurden, deshalb sind die Alter, die sie vom Mond bekommen, Einschlagsalter.  Aaron meint, dies sei ihm bewusst und man müsse exakte Bewertungsgrundlagen setzen, was jedoch hier nicht angewandt wurde.“

Die Genauigkeit der Zirkon-Datierung beeinträchtigt unsere Sicht auf die Frühgeschichte der Erde. Das dürftige Verständnis des frühen schweren Bombardements zum Beispiel, beeinflusste den Zeitpunkt der Entstehung des Lebens, weshalb die Datierung des Bombardements an oberster Stelle der Prioritätenliste der Nationalen Akadamie der Wissenschaften für Mondstudien steht. Formten sich die gigantischen Krater auf dem Mond während einer kurzen Welle oder einem ununterbrochenen Regen von Einschlägen? „Das wäre schön, zu wissen“, sagt Valley.

„Die Frage, was die Zirkon-Uhr zurücksetzt, war schon immer kompliziert. Eine lange Zeit meinte man, dass wenn Zirkon wirklich einer heftigen Erschütterung ausgesetzt ist, sein Alter zurückgesetzt wird, somit kann man den Einschlag datieren.“ Aaron hatte erklärt, „Ja, manchmal, doch was man oft als zurückgesetztes Alter ansieht, ist vielleicht nicht wirklich zurückgesetzt. Zirkone sind ein Geschenk, das sich immer weiter verschenkt, und dies wird sich nicht ändern, wir müssen also viel vorsichtiger und aufmerksamer sein, wenn wir verstehen wollen, was uns dieses Geschenk mitteilen möchte.“

Anmerkung: Der obige Post ist ein Nachdruck von der Universität von Wisconsin-Madison zur Verfügung gestelltem Material.

Übersetzung: Elisabeth Mathes, Thomas Höllriegl