Uralte Kristalle liefern Einblicke in Frühzeit der Erde

In Zirkon eingeschlossener Diamant

Münster/Bently (Australien) - Mehrere Milliarden Jahre alte Körner des Minerals Zirkon aus den Jack Hills in Australien gehören zu den wenigen stummen Zeugen, die aus der Frühzeit der Erde übrig geblieben sind. In einigen von ihnen haben jetzt deutsche und australische Forscher winzige Diamanten als Einschlüsse gefunden. Ihr Alter liege zwischen 3,1 und 4,3 Milliarden Jahren, berichten sie in der Zeitschrift "Nature". Die Entstehungsgeschichte der Diamanten ist eng mit der Frage verknüpft, ob die frühe Erde eher heiß oder bereits so kühl war, dass sich Ozeane bilden konnten.

"Viele Fragen zum Ursprung der Diamanten und zu ihrem Einbau in die Zirkone aus Jack Hills bleiben offen", schreiben Martina Menneken und ihre Kollegen von der Universität Münster sowie der Curtin University of Technology in Bentley. Natürliche Diamanten entstehen unter sehr hohen Drücken von mehr als drei Gigapascal (30.000 Atmosphären) entweder im Erdmantel oder bei Meteoriteneinschlägen. Die Wissenschaftler fanden aber keine Hinweise auf andere Hochdruckvarianten in den Mineralien von Jack Hills. Außerdem bleibt unklar, warum das Alter der Diamanten so unterschiedlich ist. Menneken und ihre Kollegen schlagen zwei Erklärungen vor. Entweder wurden die Diamanten vor etwa 4,3 Milliarden Jahren auf einmal gebildet und dann in jüngeres Gestein eingelagert, oder sie entstanden zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der Frühgeschichte der Erde.

Weder die eine noch die andere Erklärung findet Ian S. Williams von der Australian National University in Canberra völlig überzeugend. In seinem begleitenden Kommentar zeigt er einen dritten Erklärungsansatz auf: Der Kohlenstoff wurde demnach in Zirkone unterschiedlichen Alters in Form des unter normalen Bedingungen stabilen Graphits und nicht als Diamant eingelagert. Durch tektonische Prozesse gelangten die zirkonhaltigen Gesteine in das Erdinnere, wo sich dann der Graphit in Diamant umwandelte. Diese Erklärung stehe in keinem Widerspruch zu Belegen, wonach Teile der Erde bereits kühl waren, so Williams. Dagegen würden die Argumente von Menneken und ihren Kollegen eher die Idee einer heißen Urerde unterstützen.

So genannte detritische Zirkone, die durchschnittliche Größen von bis zu einem Millimeter besitzen und mehr als vier Milliarden Jahre alt sein können, sind einzigartige Boten aus der Frühgeschichte der Erde. Wegen ihrer ausgezeichneten chemischen und physikalischen Stabilität sind sie gegen Verwitterung und Umwandlungsprozesse resistent und konnten daher diese langen Zeiträume überdauern. Zur Altersbestimmung nutzten die Forscher Spuren radioaktiver Uranisotope, die zu Blei zerfallen. Aus dem Verhältnis der Blei- und Urangehalte ermittelten sie das Alter. Die in den Zirkonen eingeschlossenen Mikrodiamanten untersuchte das deutsch-australische Team mit Raman-Spektroskopie, einer Methode, die die Schwingungen der Atome und Moleküle analysiert.