Erdkruste früh in Bewegung: Neue Studie zeigt überraschend lebendige Tektonik der frühen Erde

Die Erde war in ihrer frühesten Geschichte offenbar geologisch aktiver und vielfältiger als lange angenommen. Neue Analysen uralter Minerale deuten darauf hin, dass sich bereits im Hadaikum unterschiedliche tektonische Systeme abwechselten.

Aufnahme von der Fundstelle der Zirkone in Jack Hills, Australien, und eine Mikroskop-Aufnahme in Falschfarben eines rund vier Milliarden Jahre alten Zirkons. Bild: John Valley

Wie sich unser Planet seit seiner Entstehung entwickelt hat, gehört zu den zentralen Fragen der Geowissenschaften. Doch je weiter wir in der Erdgeschichte zurückblicken, desto fragmentarischer wird die geologische Überlieferung. Neueste Forschungsergebnisse weisen nun darauf hin, dass die Erdkruste bereits sehr früh viel komplexer war als bisher vermutet.

Erste feste Krustenteile lassen sich durch Zirkonminerale bereits auf etwa 4,4 Milliarden Jahre datieren. Die Erde selbst soll vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden sein.

Ein internationales Forschungsteam präsentiert nun Belege dafür, dass im Hadaikum – dem ersten geologischen Zeitalter der Erde vor mehr als vier Milliarden Jahren – unterschiedliche tektonische Regime nebeneinander existierten. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Variable Tektonik der frühen Erde

Nach den neuen Erkenntnissen herrschten auf der frühen Erde offenbar verschiedene Arten der Krustenbewegung gleichzeitig vor. Einige Regionen besaßen demnach eine starre, weitgehend unbewegliche Kruste, eine Art stagnierender Deckel (stagnant-lid regime).

In anderen Gebieten dagegen könnten bereits Prozesse stattgefunden haben, die der heutigen Plattentektonik ähneln. Dort sanken möglicherweise bereits zerbrochene Teile dieser Urkruste unter andere Teile ab – was auch als Subduktion bezeichnet wird.

Die Studie entstand im Rahmen eines internationalen Forschungsprojekts zur langfristigen Entwicklung der Erde und wurde von John Valley von der University of Wisconsin-Madison geleitet.

Milliarden Jahre alte Minerale

Im Mittelpunkt der Untersuchung standen winzige Minerale: Zirkone gelten als einige der ältesten erhaltenen Bestandteile der Erdkruste. Sie können Informationen über die geologischen Bedingungen ihrer Entstehung bewahren.

Die Forschenden analysierten eine außergewöhnliche Sammlung solcher Zirkone aus den Jack Hills in Westaustralien. Die Kristalle sind mehr als vier Milliarden Jahre alt und stammen damit aus der frühesten Phase der Erdgeschichte.

Besonders aufschlussreich sind Spurenelemente im Inneren der Minerale. Sie verraten, welchen geologischen Prozessen das Gestein ausgesetzt war, in dem die Zirkone entstanden sind.

Vergleich zwischen Kontinenten

Um ein umfassendes Gesamtbild zu erhalten, verglichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die geochemischen Signaturen der australischen Zirkone mit ähnlichen Mineralen aus sehr alten Gesteinsformationen in Südafrika. Dabei zeigte sich ein auffälliger Unterschied.

Während einige Proben klare Hinweise auf Subduktionsprozesse lieferten, fehlten solche Signaturen bei anderen vollständig. Solche Unterschiede legen nahe, dass sich die tektonischen Bedingungen regional unterschieden haben.

„Unsere Forschung legt nahe, dass im Hadaikum in verschiedenen Teilen der Erde im Laufe der Zeit gegensätzliche und variable tektonische Regime wirkten“, erklärt Mitautor Stephan Sobolev. Geodynamische Modellierungen, die am GFZ durchgeführt wurden, würden die tektonischen Interpretationen der Ergebnisse stützen und würden zeigen, dass sich im Hadaikum subduktionsdominierte und nicht-subduktionsdominierte tektonische Regime wahrscheinlich räumlich und zeitlich abwechselten.

Neue Sicht auf die frühe Erde

Die neuen Ergebnisse könnten sich maßgeblich auf unser Verständnis der frühen Erdgeschichte auswirken. Wenn sich tatsächlich unterschiedliche tektonische Systeme im Hadaikum abwechselten, wäre die junge Erde geologisch deutlich dynamischer gewesen als lange angenommen. Das wiederum könnte auch Einfluss auf andere Prozesse gehabt haben, etwa auf die Bildung der ersten Kontinente oder die chemische Entwicklung der Erdkruste.

Mit dem internationalen Projekt MEET (Monitoring Earth Evolution through Time), in dessen Rahmen die Studie durchgeführt wurde, wollen die Forschenden herausfinden, wie sich unser Planet von einer glühenden jungen Welt zu dem komplexen geologischen System entwickelte, das wir heute kennen.

Quellenhinweis:

Valley, J. W., Blum, T. B., Kitajima, K., et al. (2026): Contemporaneous mobile- and stagnant-lid tectonics on the Hadean Earth. Nature, 650, 636–641.