Vorder- und Rückseite des Mondes; Höhenprofil.
Bildherkunft
Das Bild zeigt uns links die Vorderseite, rechts die Rückseite des
Mondes.
Die roten und gelben Farben kennzeichnen Hochländer
(Terrae),
die blauen und violetten Farben Tiefländer (auf der Vorderseite
Maria
genannt).
Man erkennt die vielen mittelgroßen
Krater
der Hochländer. Dagegen sind die Tiefebenen (Maria) der Vorderseite nur mit
wenigen kleinen Kratern besetzt.
Die ältesten gefundenen Mondgesteine stammen von den Hochländern der
Vorderseite. Sie wurden auf 4456 ±40 Millionen Jahre datiert, also auf
etwa 70 Millionen Jahre nach der Entstehung des Mondes. Zu dieser Zeit wurde
die erste Kruste gebildet - als Beginn der Kristallisation des ursprünglichen
Magma-Ozeans. Es gibt in den Hochländern ganz besonders viele Krater.
Die jüngsten Gesteine der Hochländer sind 3,8 Milliarden Jahre alt.
Die Gesteine der dunklen Maria wurden dagegen auf 3,1 bis 3,8
Milliarden Jahre datiert. Dort gibt es weit weniger Krater.
Gerade wegen der vielen Krater muss es in den Hochländern vor etwa
3,9 Milliarden Jahren ganz besonders
viele Einschläge gegeben haben.
Als die Ursache dieses
Großen Bombardements wurde in einem theoretischen
Ansatz eine Verlagerung von Planetenbahnen der äußeren Planeten
diskutiert. Ein anderer Stern könnte in einem Abstand von etwa ½ Lichtjahr
an der Sonne vorbei gezogen sein. Der Planet Neptun soll dabei in den
Kuipergürtel geraten sein und große Mengen von Asteroiden ins Innere des
Sonnensystems geleitet haben. Dabei soll sich auch die 3/2-Bahnresonanz von
Jupiter und Saturn in eine 2/1-Resonanz geändert haben.
Nicht nur auf dem Mond findet man die großen Kratergebiete, die das Große
Bombardement hinterlassen hat.
Auch auf dem Mars findet man solche Kratergebiete.
Sie entstanden auch vor 3,8 bis 3,9 Milliarden Jahren.
Entsprechendes wird für die Krater des Merkur angenommen.
Auf der Erde habe die Plattentektonik und die Erosion alle Krater von damals
verwischt.
Vor 3,8 Milliarden Jahren muss das Große Bombardement stark abgenommen haben.
Aber es irrten immer noch viele sehr große Brocken durch das Sonnensystem.
Diese erzeugten auf der Rückseite des Mondes Krater - wie bisher auch schon.
Die Vorderseite des Mondes hatte sich jedoch noch nicht richtig abkühlen können,
denn die damals viel nähere und rot glühende Erde strahlte sie ja stark an.
Brocken, die auf der Vorderseite des Mondes einschlugen, haben deshalb die
frühe Mondkruste immer wieder durchschlagen, wodurch viel Lava aus dem Mantel
in die entstehenden Krater nachfließen konnte.
So bildeten sich auf der Vorderseite des Mondes die Maria, die erst
einige hundert Millionen Jahre später vollständig erkalteten.
Das letzte große Bombardement endete erst vor 3,8 bis 3,2 Milliarden
Jahren. Danach ist auf dem Mond keine starke vulkanische Aktivität mehr
nachweisbar. Man sieht heute den Mond fast so, wie er vor 3 Milliarden auch
schon ausgesehen hat.
In den Mondkratern könnte man also viele wertvolle Metalle finden, die auf der
Erde schon lange im Erdkern versunken sind.
(Siehe Mascons.)
Die Hypothese vom Großen Bombardement wird derzeit noch diskutiert. Die enorm
vielen Einschläge in dem größeren Zeitraum von 4,4-3,8 Milliarden Jahren
sind offensichtlich. Gegner der Hypothese bezweifeln eine große Häufung der
Einschläge vor 4,0-3,8 Milliarden Jahren.
Dass das letzte große Bombardement vor etwa 3,2 Milliarden Jahren endete,
wird dagegen kaum bezweifelt. Der Planet Jupiter sammelte von da an alle
größeren Brocken um sich als
Monde, als
Trojaner, oder er zwang sie auf Bahnen im
Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter.
Die Urzeit der Erde
Was geschah nach der Entstehung des Mondes auf der Erde? Durch den Einschlag
des Protoplaneten Theia wurde die ganze Erde flüssig.
Die schweren Bestandteile, insbesondere das in beiden Planetenkernen reichlich
vorhandene Eisen und Nickel, sanken nach unten.
Sie bildeten den neuen Erdkern.
Die Silikate mit ihrer weit geringeren Dichte lagerten sich über dem Kern,
also im Erdmantel, ab.
Die oberste Silikatschicht kühlte rasch ab und bildete eine
Gesteinskruste.
Diese Kruste enthielt die leichtesten Silikate. Sie schwimmt also - auch
heute noch - auf dem Erdmantel.
Die ältesten (in Westaustralien) gefundenen Gesteine sind 4,4 Milliarden
Jahre alt.
Es sind Einschlüsse von Zirkonkristallen. Damit sie sich bilden konnten, musste
Wasser vorhanden sein. Die Kristalle überlebten das Große Bombardement.
Durch Gesteinsumwandlung wurden sie eventuell mehrmals in andere
Gesteine eingebaut. (Siehe auch
Das älteste Gestein.)
Aber alle Einschlagkrater aus der ganz frühen Zeit wurden durch die
spätere Plattentektonik und die Klimaprozesse beseitigt.
Eine Lufthülle mit etwas Wasserdampf muss sich nach den ersten 100 Millionen
Jahren auf der Erde wohl gebildet haben. Die Planetesimale enthielten ja viel
Wasser und Gase.
Die leichten Gase, Wasserstoff und Helium, wurden zwar in der
T-Tauri-Phase der Sonne vom Sonnenwind weggeblasen.
Aber im Vergleich zu anderen Sternen war diese Phase bei der Sonne sehr
schwach, so dass Wasser auf der Erde übrig geblieben sein dürfte.
Wir können jedoch annehmen, dass der Haupteil unseres
Wassers und auch ein Teil unserer
Lufthülle sich um die Zeit des
Großen Bombardements zu bilden begann.
Vor etwa 3,9 Milliarden Jahren müssen erste Kometen und wasserreiche Asteroiden
eingeschlagen sein. Später gab es weiter solche Einschläge.
Diese Körper kamen aus Gebieten jenseits der Saturnbahn. Nur dort hätten sich
solche Körper bilden können.
Man hat das Isotopenverhältnis von Wasserstoff zu Deuterium in Asteroiden und
Kometen hergenommen und mit dem der irdischen Wassers verglichen.
Daraus schließt man, dass es zu 85% aus Asterioden und zu 15% aus Kometen
stammt.
Aus der Zeit vor 3,8 Milliarden Jahren sind erste Hinweise auf
Unterwassersedimente gefunden worden. Man folgert, dass es damals - oder auch
schon früher - Ozeane gegeben hat.
Das Wasser aus diesen Einschlägen ist zwar gleich verdampft.
Aber die Schwerkraft der Erde konnte den Wasserdampf halten.
Zusätzlich hatte die Erde schon damals ein Magnetfeld, das den Sonnenwind
abschirmte. Der Sonnenwind konnte die Atmosphäre und den Wasserdampf nicht mehr
wegwehen.
Und von nun an regnete es sehr sehr viel auf der Erde.
Größere Mengen an Wasserstoff und Helium kamen damals auch auf die Erde und
waren Bestandteil der Uratmosphäre.
Wasserstoff und Helium sind jedoch zu leicht, um von der Schwerkraft der Erde
dauerhaft festgehalten zu werden.
Sie verschwanden im Lauf der Zeit zum größten Teil wieder im Weltall.
Die Atmosphäre enthielt damals, bedingt durch den oftmaligen Ausstoß bei
Vulkanausbrüchen, besonders viel Wasserdampf und Kohlendioxid.
Dazu kamen größere Anteile von Methan und Ammoniak mit Bemischungen von
Schwefelwasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid. Nur Sauerstoff als Gas
gab es nicht - er hätte sich mit Methan oder Ammoniak sofort verbunden.
Die mehratomigen Moleküle, besonders Methan und Ammoniak, konnten viel Wärme
speichern, was zu einem starken
Treibhauseffekt führte. Die mittlere Temperatur lag bei etwa 32° bei anfangs
100 bar Druck, also höher als heute, obwohl die Sonne nur 75% ihrer heutigen
Strahlungsleistung lieferte.
Und was geschah damals auf dem
Mars?
Auch dort schlugen vor 3,8-4 Milliarden Jahren viele Brocken ein.
Man kann viele der Krater dort heute noch sehen.
Auch Kometen oder Wasser-Asteroiden schlugen dort ein, welche jedoch bei weitem
nicht so viel Wasser brachten wie auf der Erde. Die geringere Schwerkraft des
Mars konnte das Wasser aber nicht dauerhaft festhalten.
Bereits vor 3,5 Milliarden Jahren war alles Wasser wieder im Weltall
verschwunden. Man findet Sedimentgesteine und Flusstäler aus der damaligen
Zeit auf dem Mars. Es gab dort also fließendes Wasser, aber keine ausgedehnten
Meere.
Auch eine dichtere Lufthülle als heute dürfte der Mars gehabt haben. Die
geringere Schwerkraft konnte diese aber nicht dauerhaft festhalten.
Man nimmt an, dass es auf dem Mars noch Reste eines Vulkanismus gibt.
Die jüngsten Laven des Vulkans
Olympus Mons sollen vor 200000-100000 Jahren entstanden
sein. Siehe auch Hesperian des Mars.
Und was passierte auf der Venus? Dort schlug wahrscheinlich kein
wasserreicher Asteroid ein. Deshalb wurde das atmosphärische Kohlendioxid
(etwa 96,5% der Atmosphäre) nicht ausgewaschen. Es konnte also kein Kalkstein
entstehen. Auch die Schwefelsäure blieb in der Atmosphäre.
So entwickelte sich dort eine Treibhaus-Atmosphäre mit 92 bar Druck und einer
Temperatur von etwa 460° Celsius.
Man nimmt an, dass auf der Venus auch eine Art der Plattentektonik aktiv ist,
und dass die ältesten Oberfläche der Venus gerade mal 500000 Jahre alt sind.
Die Entstehung des Lebens
Auf einem Planeten mit Leben müssen über einige Milliarden Jahre weitgehend
stabile Verhältnisse herrschen. Das ist selbst im kosmischen Maßstab
nur schwer zu erreichen.
Damit überhaupt Leben bestehen kann, müssen einige sehr strenge Regeln
eingehalten werden.
- Eine Sternexplosion, eine
Supernova, in weniger als 25 Lichtjahren
Entfernung würde das Leben wahrscheinlich nicht überstehen.
Die Gammastrahlung wäre zu stark.
- Leben kann nicht bestehen in
Sternentstehungsgebieten.
Dort sind viele Sterne einander sehr nah. In der Molekülwolke entstehen auch
große Sterne, die dann innerhalb von Millionen Jahren in einer Supernova
explodieren.
Damit scheiden die Spiralarme der Galaxien als Gebiete für das Leben aus.
Auch das Zentrum der Galaxis und dessen weiträumige Umgebung ist damit nicht
geeignet.
- Das Sonnensystem muss ein einfaches Sternsystem sein. In einem
Doppelsternsystem sind die Planetenbahnen nicht über
mehrere Milliarden Jahre stabil. Die meisten Systeme (ca. 85%) sind aber
Doppel- oder Mehrfachsternsysteme.
- Das Sonnensystem muss mindestens einen
Gesteinsplaneten besitzen, auf dem das Leben abläuft.
Das Sonnensystem muss deshalb aus einer Molekülwolke entstanden sein, die
Sternenstaub aus einer oder mehrerer früherer Supernovaexplosionen
enthält.
- Der Planet, auf dem Leben entstehen wird, muss über ausreichend flüssiges
Wasser verfügen. Dazu muss die Oberflächentemperatur
im Bereich von etwa -50 bis +100 Grad liegen. Das Wasser muss dauerhaft flüssig
sein. Denn nur im flüssigen Wasser kann Leben entstehen und sich entwickeln.
Eine Atmosphäre muss verhindern, dass das Wasser ins All entweicht.
- Eine Sonne mit einer Oberflächentemperatur deutlich über 6000 Grad gibt zu
viel Ultraviolett-Strahlung ab. Solche Strahlung beschädigt die
Moleküle zu stark. Eine solche Sonne explodiert auch schon in weniger als
1 Milliarde Jahren als Supernova.
- Eine Sonne mit einer Oberflächentemperatur von viel weniger als 6000 Grad,
etwa ein roter Zwergstern, leuchtet schwächer als unsere Sonne.
Damit auf einem Planeten dieses Sterns die Bedingung für fließendes Wasser
eingehalten wird, muss der Planet näher an der Sonne seine Bahn ziehen.
Wegen der Gezeitenkräfte dort dürfte er sich nur sehr langsam um sich selbst
drehen. Dann zeigt eine Seite sehr lange zur Sonne, die andere Seite ist dunkel.
Es gibt starke Temperaturschwankungen. Auf der heißen Seite könnten langsam die
leichten Bestandteile der Atmosphäre verschwinden.
Zusätzlich ist der Planet durch
Sonneneruptionen gefährdet.
Siehe auch Habitable Zone roter Zwerge.
- Das Zünden des Fusionsprozesses in der Sonne und die Verklumpung der
Protoplaneten müssen zeitlich zueinander passen. Zündet die Sonne zu früh,
können keine Protoplaneten mehr entstehen.
- Der belebte Planet sollte vor Asteroideneinschlägen einigermaßen geschützt
sein. Im unseren Sonnensystem macht das Jupiter.
Unser Sonnensystem muss die Molekülwolke, in der es entstanden ist, schon
bald verlassen haben. Das kann etwa durch Wechselwirkung mit einem anderen
Stern passiert sein.
Die Sonne kreist schon seit mindestens drei Milliarden Jahren zwischen
zwei Spiralarmen um das Zentrum der Milchstraße. Es gibt in der Nähe kaum
große Sterne und damit keine Sternexplosionen.
Schon innerhalb kürzester Zeit nach der Bildung stabiler Krustenbestandteile
gab es Evolutionsprozesse - vorerst die
Chemische Evolution ab 3,8 Milliarden Jahren.
Damals waren Makromoleküle in der Lage, sich durch Anlagerung anderer Moleküle
zu vergrößern und sich selbst zu reproduzieren.
Die ältesten bisher gefundenen Spuren von Leben sind Stoffe, die nur in
Lebewesen entstanden sein können. Diese
Chemofossilien sind mikroskopische Fäden in
Gesteinen, die als Überreste von 3,5 Milliarden Jahre alten
Cyanobakterien gelten könnten.
1 Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde gab es also
schon viele verschiedene Arten einzelliger Lebewesen.
Die Menge der findbaren Fossilien und Gesteine aus dieser Zeit ist klein.
Die Landmassen von damals sind verwittert oder vulkanisch verändert.
Nur in den ältesten, seit ihrer Entstehung unveränderten
Kratonen
besteht die Chance, mittels Tiefenbohrungen in mehreren tausend Metern solche
Funde zu machen. Solche Kratone sind zum Beispiel die Kola-Halbinsel, Simbabwe,
der Kanadische Schild, Teile von China oder West-Australien.
Wie kann man sich das damalige Leben auf der Erde vorstellen? Heute würde
man diese Lebewesen zu den Prokaryoten zählen, die wieder unterteilt sind in die
Bakterien
und die Archäen. Sie alle stammen nach heutiger Erkenntnis von
einem gemeinsamen Urvorfahren ab.
Die Prokaryoten sind Einzeller ohne Zellkern - die DNA schwimmt im Cytoplasma.
Die Größe liegt meist zwischen 1 und 5 µm.
Man kann 1000 bis 1 Milliarde Lebewesen auf einen cm³ annehmen.
Die Anzahl der unterschiedlichen Arten dürfte mehrere Milliarden zählen.
Es gibt darunter recht spezialisierte Wesen. Beispielsweise können die einen
bequem 100°C aushalten und sie vermehren sich bei 80°C. Andere ernähren sich
von Schwefelsäure. Wieder andere sterben, wenn sie mit Sauerstoff
zusammenkommen.
Nach der Entdeckung der Biotope um die
Schwarzen Raucher der Tiefsee wird deshalb viel darüber
gesprochen, ob die ersten Lebewesen in der Umgebung schwarzer oder weißer
Raucher entstanden sind.
Wir können annehmen, dass schon die damaligen Lebewesen sich in einem
Biofilm
angesiedelt haben. Ein geläufiges Beispiel für so einen Biofilm ist eine
Schleimschicht auf Steinen im Wasser. In dem Schleim können ganz verschiedene
Lebewesen nebeneinander leben. Eine solche Schleimschicht kann mit der Zeit
durch eine weitere Schicht überwachsen werden. Sie wird dicker.
In diese Schleimschichten können kleinste Steinchen oder auch chemisch
ausgefällter Kalk eingebaut werden. Auf diese Art entstanden die frühesten
Riffe im Meer. Man nennt diese Steine
Stromatolithen oder lebende Steine. Die ältesten
entstanden vor 3,7 Milliarden Jahren. Sie wachsen etwa 0,3mm pro Jahr.
Vor etwa 2,7 Milliarden Jahren, also knapp 2 Milliarden Jahre nach der
Entstehung der Erde, begann eine große Umwälzung auf dem Planeten. Die sich im
Wasser massenhaft verbreitenden Vorläufer der heutigen
Cyanobakterien veränderten vor etwa 3,2-2,8
Milliarden Jahren entscheidend die Lebensbedingungen auf der Erde.
Sie nutzten das Sonnenlicht zur
Photosynthese und setzten als Abfallprodukt Sauerstoff
frei.
Vor 2,5 Milliarden Jahren entstand zudem eine neue Art von Einzellern,
die Eukaryoten.
Diese Lebewesen sind mit 10-30µ deutlich größer als die meisten Prokaryoten.
Sie haben einen eigenen, durch Membranen abgetrennten
Zellkern.
In ihrem Innern gibt es zudem für bestimmte Aufgaben zuständige Bausteine, die
Organellen.
Nach der Endosymbiontentheorie sind schon von Vorläufern der
Eukaryoten Bakterien aufgenommen worden, die nun als mitarbeitendes Lebewesen
(Endosymbiont), also als Organellen, in der neuen Zelle
arbeiten.
So haben sich beispielsweise Cyanobakterien zu Organellen von Eukaryoten
entwickelt, die nun innerhalb der Zelle des Eukaryoten für die Ernährung durch
Photosynthese sorgen.
Das nun folgende Geschehen ist als die
Große Sauerstoffkatastrophe bekannt.
Sowohl die Cyanobakterien als auch die neuen Eukaryoten mit photosynthesefähigen
Organellen erzeugten nun Sauerstoff.
Zuerst wurde der Sauerstoff vom Ozean aufgenommen und viele organische Stoffe,
Schwefelwasserstoff und gelöstes Eisen wurden oxidiert. Aus dem im Meer
gelösten 2-wertigen Eisen (Fe2+) entstand 3-wertiges Eisen
(Fe3+), das unlöslich ist, und als
Hämatit Fe2O3 in Schichten zusammen
mit Schichten kieseliger Sedimente (wie Hornstein und Eisensilikat) im Meer
als Bändererz abgelagert wurde.
Als vor 2,5 Milliarden Jahren die Meere gesättigt mit Sauerstoff waren,
wurde der Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben. Innerhalb von 900 Millionen
Jahren stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre auf über 1%,
in weiteren 1 Milliarde Jahren dann auf etwa 12%.
Für die Mehrzahl der damaligen Lebewesen war Sauerstoff ein tödliches Gift.
Aber die Änderungen in der Atmosphäre zog sich über mehrere Millionen
Jahre hin.
Es starben viele Arten von Lebewesen aus, die Sauerstoff nicht vertrugen.
Aber es gab auch Mutationen, die mit der neuen Atmosphäre umgehen konnten.
Speziell wurden manche Bakterien nun Symbionten in den neuen Eukaryoten.
Diese neuen Lebewesen konnten nun passiv im Meerwasser driften oder auch
in Küstennähe auf dem Meeresboden oder als oberster Biofilm auf
Stromatolithen leben.
Durch die nun verstärkt einsetzende Photosynthese verschwand langsam immer
mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Stattdessen wurde sie mit Sauerstoff
angereichert. Der Sauerstoff zersetzte mithilfe der UV-Strahlung den größten
Teil des Methanvorkommens zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Da Methan über ein
erheblich größeres Treibhauspotenzial als CO2 verfügt, kam es vor
2,4 Milliarden Jahren zu einem Klimawandel - zum
paläoproterozoischen Eiszeitalter, während dem die
Erde vollkommen mit Eis bedeckt war. Es dauerte 300 Millionen Jahren und ist
damit das längste Eiszeitalter der Erdgeschichte.
Dieses Schneeball-Erde-Ereignis ist aus Nordamerika, Skandinavien, Indien und
Südafrika belegt.
Erst starke vulkanische Ausbrüche mit Ausgasungen großer Mengen von
Kohlendioxid könnten diese Eiszeit beendet haben.
In der Zeit vor 2,1-1,8 Milliarden Jahren hat sich die Sauerstoffmenge
in der Atmosphäre wieder markant erhöht. Die ersten Eukaryoten haben
sich zu Vielzellern weiter entwickelt. Es entstanden komplexere
Lebensformen wie Algen und Tange.
Es folgt nun eine Zeit von etwa 1 Milliarde Jahren - die langweilige Milliarde,
aus der fast nichts bekannt ist. Erst vor 780 Millionen Jahren gab es wieder
Schneeball-Erde-Ereignisse. Bei einigen lag die
ganze Erde unter einer Eisschicht.
Vor 780 Millionen Jahren gab es die
Kaigas-Eiszeit. Sie dauerte 45 Millionen Jahr.
Hinweise auf diese Eiszeit fanden sich in eiszeitlichen Ablagerungen aus
Namibia, Brasilien und China, jedoch nicht in zahlreichen anderen Fundstätten
eiszeitlicher Ablagerungen der damaligen Zeit. Daher wird vermutet, dass die
Kaigas-Eiszeit im Gegensatz zur Sturtischen und Marinoischen Eiszeit nicht
global war.
Vor 717 Millionen Jahren kam die
Sturtische Eiszeit, bei dem die ganze Erde unter einer
Eisschicht lag. Sie dauerte 57 Millionen Jahr.
Sie hatte signifikante Auswirkungen auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde.
Vor der Sturtischen Eiszeit begann die Differenzierung eukaryotischer
Lebensformen. Mikro- und Makrofossilien beweisen die Existenz von
Amoebozoen, Rhizarien,
Rotalgen,
Grünalgen und
Chromalveolaten. Mit dem Beginn der Sturtischen Eiszeit ist
ein zahlenmäßig drastischer Rückgang des Lebens auf der Erde zu verzeichnen.
Aus der Zeit vom Beginn der Sturtischen Eiszeit bis zum Ende des Cryogeniums
stammen nur vereinzelte Mikrofossilien.
Die Zeit zwischen der Sturtischen und der nachfolgenden Marinoischen Eiszeit
wird, basierend auf genetischen Untersuchungen, als Zeitpunkt des ersten
Auftretens mehrzelliger Tiere genannt. Molekulare Spuren aus
dieser Zeit deuten auf das Vorkommen erster
Schwämme.
Vor 640 Millionen Jahren kam die
Marinoische Eiszeit. Es gab wieder eine
globale Vereisung. Sie dauerte nur 5 Millionen Jahre.
Erste molekulare Spuren vielzelliger Tiere (Metazoa) stammen aus der Zeit
während der Marinoischen Eiszeit.
Vor 579 Millionen Jahren gab es die
Gaskiers-Eiszeit. Sie dauerte 1 Millionen Jahr.
Die Gaskiers-Eiszeit war das letzte und zugleich das kürzeste von mindestens
drei größeren Eiszeitaltern in der Ära des Neoproterozoikums. Aufgrund ihrer
Kürze wird angenommen, dass sie, im Gegensatz zur Sturtischen Eiszeit und
Marinoischen Eiszeit, nicht zu einer globalen Vereisung führte. Dennoch hatte
auch die Gaskiers-Eiszeit eine große Bedeutung auf die Entwicklung des Lebens
auf der Erde. Sie führte zum verbreiteten Aussterben der ersten vielzelligen
tierischen Lebewesen, der Acritarchen. Nach dem Ende der Gaskiers-Eiszeit stieg der
Sauerstoffspiegel der Meere signifikant an. Dieser Anstieg wird als
Voraussetzung für das Auftreten erster komplexer Eukaryoten und der Entwicklung
der Ediacara-Fauna angesehen.
Vor 541 Millionen Jahren folgte dann die
Kambrische Explosion des Lebens.
Man nennt diese Zeit auch den biologischen Urknall.
Plattentektonik
Wenn wir uns also mit der Entstehung der Erdteile und deren langfristigen
Entwicklung befassen wollen, benötigen wie zuerst einen Einblick in die
Plattentektonik.
Die Plattentektonik ist die Theorie vom Aufbau der
Erdkruste
und des Erdmantels. Sie beschreibt die Verschiebung der
Kontinentalplatten und die dadurch entstehenden
Auswirkungen.
Der innere Aufbau der Erde
Schon um 600vuZ wussten viele Naturphilosophen, dass die Erde die Form einer
Kugel hat. Die Griechen konnten schon um 300vuZ den Umfang der Erde abschätzen.
Erst Eratosthenes konnte den Umfang mit 41750km angeben - etwa
4% zu hoch. Damit war auch der Durchmesser und das
Volumen der Erde bekannt.
Als Henry Cavendish 1798 die
Gravitationskonstante (6,6743E-11) gemessen hatte, konnte
man anhand Keplers
3. Gesetz die Masse und damit auch die Dichte
(5,5g/cm³) der Erde angeben. Gesteine mit einer derartig hohen Dichte gibt es
aber nicht.
Emil Wiechert erkannte um 1896, dass das Erdinnere aus
schwerem Material, z.B. Eisen bestehen muss, weil die Gesteine der Erde nur
Dichten von 2-3g/cm³ haben. Anhand von
Meteoriten,
also von Steinen aus dem All, die auf die Erde fielen, konnte er sich ein
Bild machen, aus welcher Art von Materie die Erde entstanden sein muss.
Emil Wiechert erarbeitete nun ein
Schalenmodell der Erde.
Offensichtlich sind die schwersten Bestandteile der Erde solche Materialien mit
Dichten um 20g/cm³, also Iridium, Platin, Gold, Uran. Sie sind nach unten
gesunken.
Das in Meteoriten reichlich vorhandene Eisen und Nickel ist auch in der Erde
reichlich vorhanden. Mit Dichten um 8g/cm³ lagerte sich über dem schwersten
Material ab und bildeten mit diesem zusammen den
Erdkern.
Die Silikate mit ihrer weit geringeren Dichte von etwa 3,4g/cm³ lagerten sich
über dem Kern, also im Erdmantel, ab.
Die oberste Silikatschicht bestand aus den leichtesten Silikaten mit einer
Dichte von nur 2,7g/cm³. Sie kühlte rasch ab und bildete eine
Gesteinskruste.
Diese Kruste schwimmt also - auch heute noch - auf dem Erdmantel.
Auf diese Weise lässt sich die insgesamt hohe Dichte (5,5g/cm³) der Erde
erklären.
(Die angegebenen Dichtewerte gelten für Normaldruck. Im Erdinnern ist der Druck
gigantisch hoch. Deshalb sind dort die Dichten höher.)
Wiechert hatte eigene Seismographen entwickelt und diese weltweit aufstellen
lassen. Auf diese Weise konnte er anhand von Messungen der Geschwindigkeiten
von Erdbebenwellen auch deren Beugungen und Spiegelungen an der
Kern-Mantel-Grenze erfassen. Spätere Seismologen konnten
die Tiefe feststellen. Man folgerte, dass der Erdmantel zähflüssig bis fest
(plastisch) ist, während der äußere Erdkern aus flüssigem
Eisen und Nickel besteht.
Erst 1936 konnte Inge Lehmann ermitteln, dass der innere Erdkern fest ist.
Ursache ist nicht die höhere Temperatur, sondern der enorme Druck.
Die Erdkruste
Über dem Erdmantel schwimmt die Erdkruste. Wenn man sich die Erde maßstäblich
als einen Fußball vorstellt, so hat die Erdkruste gerade mal die Dicke einer
darauf aufgeklebten Briefmarke.
Im Jahr 1910 fand
Andrija Mohorovicic die Grenzfläche zwischen Erdkruste und
Erdmantel.
Bei weiteren Untersuchungen erkannte man, dass die Dichte der
Kruste unter den Erdteilen nur 2,7g/cm³ beträgt. Sie ist
unter Flachgebieten der Erdteile im Mittel 35km dick. Unter hohen Gebirgen kann sie
bis 80km dick sein.
Die Kruste unter den Ozeanen hat dagegen eine Dichte von
3g/cm³. Sie ist dort auch nur 5-8km dick. Das folgende Bild zeigt uns das.
Schon im 16. Jahrhundert erkannten Naturforscher, dass die Küstenlinien von
von Südamerika und Afrika auf beiden Seiten des atlantischen Ozeans wie
Puzzlestücke zusammenpassen. Es sah so aus, als ob die Erdteile Nordamerika,
Europa, Afrika und Südamerika früher einmal miteinander verbunden gewesen
seien, danach auseinander gebrochen seien, und dass Nord- und Südamerika
sich von Afrika und Europa getrennt hätten und auseinander gedriftet seien.
Alfred Wegener hat diesen Gedanken einer
Kontinentaldrift übernommen und in einem
Buch mit geologischen Belegen untermauert. Er wies auf die Gleichartigkeit
bestimmter Gesteine und ihres Alters und auch auf gleiche geologische Strukturen
auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Atlantiks hin.
Weiterhin hat er Fossilien von Pflanzen und Tieren beschrieben, die nur in
begrenzten Gebieten von Afrika und Brasilien gefunden wurden.
Außerdem müssen die riesigen Kohlevorkommen in der Antarktis in tropischen
Gebieten entstanden sein.
Dann fand er, dass die Sahara einmal von Gletschern bedeckt war, und dass
Gletscherspuren in den Wüsten Australiens zu finden sind.
Wegener nahm an, dass ein ehemaliger Urkontinent
Pangaea
auseinander brach und dessen Teile auseinanderdrifteten.
Die jungen Kettengebirge, wie die amerikanischen
Kordilleren oder die
Alpen, wären dann durch das Zusammenschieben der
Gesteinsschichten an der Stirnseite der wandernden Erdteile entstanden.
Das Auseinanderbrechen des Urkontinents schätzte er auf eine Zeit vor etwa
200 Millionen Jahren.
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Spreizung des Meeresbodens.
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Beim Auseinanderdriften hat sich das
Erdmagnetfeld mehrmals geändert.
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Wenn sich Erdteile auseinander bewegen, so muss auch der Boden aufreißen.
Es entsteht ein Riss, aus dem von unten Magma nach oben steigt. Der Riss füllt
sich bald mit Wasser. Wenn der Riss in einem Ozean liegt, so spricht man von
einer Ozeanbodenspreizung (seafloor spreading). Es bildet sich ein Mittelozeanischer Rücken.
Gegenwärtig verbreitert sich der Atlantische Ozean im Durchschnitt um rund
2,5cm im Jahr und seine älteste ozeanische Kruste, nahe der Kontinentalränder,
ist etwa 130 Millionen Jahre alt.
Das aufsteigende Magma hat die niedrigste Dichte im Erdmantel, ist aber immer
noch 3,3g/cm³. Es erstarrt zu Basalt.
Beim Abkühlen der Lava richten sich darin enthaltene magnetische
Mineralpartikel (vor allem aus Magnetit) nach dem zu diesem Zeitpunkt
herrschenden Magnetfeld der Erde aus. Dadurch wird das Gestein schwach
aber dauerhaft magnetisiert. Das Erdmagnetfeld ist in geologischen Zeiträumen
jedoch nicht stabil und ändert in unregelmäßigen Abständen seine Polarität. Im
Zusammenspiel mit der Ozeanbodenspreizung ergeben sich aus den Umpolungen des
Erdmagnetfeldes symmetrische Muster aus Streifen gleichartig magnetisierter
ozeanischer Kruste, die parallel zu den Spreizungsachsen verlaufen.
Durch radiometrische Datierungen der ozeanischen Krustengesteine, kann jedem
dieser Streifen ein absolutes (numerisches) Alter zugewiesen werden. Je weiter
ein bestimmter Gesteinsstreifen von der Spreizungsachse entfernt ist, desto
älter ist er und gleichartig magnetisierte Gesteinsstreifen, die gleich weit
von der Spreizungsachse entfernt sind, sind nachweisbar gleich alt. Diese
Erkenntnisse wurden systematisch ab Anfang der 1960er Jahre mit Hilfe von
Forschungsschiffen gewonnen, was der Hypothese der Kontinentalverschiebung zum
Durchbruch verhalf.
Wenn sich Erdteile auseinander bewegen, müssen sie sich auf der anderen Seite
der Erde wieder aufeinander zu bewegen. In diesem Fall wird immer die Ozeanische
Kruste unter die Kontinentale Kruste geschoben, weil die Ozeanische Kruste eben
schwerer ist als die Kontinentale Kruste. Man sagt, die Ozeanische Platte wird
unter die Kontinentale Platte subduziert. An diesen Stellen gibt es dann vermehrt
Vulkanausbrüche und
Gebirgsbildungen Siehe unten.
Ozeanspreizung und Abtauchen des Ozeanbodens unter die Kontinentale Kruste.
Bildherkunft
Wenn Erdteile sich direkt aufeinander zubewegen - ohne dass ein Meer dazwischen
liegt - so gibt es keine Subduktion. Die Krusten bewegen sich aufeinander zu,
falten sich ineinander und bilden ein hohes Gebirge. Beispiele dafür sind der
Himalaya und die
Alpen.
Als Ursache für das Driften der Kontinente sieht man heute aufsteigendes
Magma aus dem Erdkern an. Das Magma wird erwärmt und steigt durch
Konvektion im Erdmantel nach oben.
Die Entstehung der Erdteile
Geologisch umfasst ein Erdteil oder
Kontinent
auch das ihm zugehörige Schelfgebiet, also den Festlandssockel im Flachmeer.
Die kontinentale Erdkruste ist deutlich leichter als das
Material des Erdmantels.
Durch den Auftrieb ragt der Erdteil etwa 5km aus dem Meeresboden
heraus. Das reichlich vorhandene Wasser füllt den Meeresboden und umspült auch
die tieferliegenden Teile des Erdteils, etwa das Kontinentalschelf.
So stabil uns die heutige Verteilung der Landmassen auf der Erde auch
erscheinen mag, so stellt sie erdgeschichtlich nur eine Momentaufnahme dar.
Die Erdteile sind aufgrund der
Plattentektonik ständig in Bewegung. Sie haben sich in der
Geschichte unseres Planeten schon mehrfach zu einer einzigen großen Landmasse
(einem Superkontinent wie beispielsweise
Pangaea) vereinigt. Danach haben sie sich wieder in
kleinere Erdteile getrennt
(Kontinentaldrift).
Wenn wir nun fragen, wie die ersten Erdteile entstanden sein könnten, so
müssen wir nach großen Gebieten mit den ältesten Gesteinen suchen.
Solche Gebiete mit Gesteinen von etwa 4 Milliarden Jahren Alter hat man
gefunden. Sie sind später oft wieder in anderen Gesteinen eingeschmolzen
worden.
Es bleiben uns eigentlich nur Annahmen, wie diese Gesteine ausgesehen haben.
Damals war die Erde insgesamt heißer. Der Erdmantel transportierte mehr Wärme
nach oben. Die Konvektion war stärker. Die Kruste war dünner und wurde weit
mehr bewegt, zerbrochen und wieder verbunden. Folglich konnte sich eine größere
zusammenhängende Landmasse nur nach längerer Zeit bilden.
Aber die Dichte der damaligen Kruste war etwas niedriger und anders chemisch
zusammengesetzt als heute. Sie war temperaturbeständiger.
Die ältesten größeren zusammengehörigen Gebiete der Erde sind 3,3 bis 3
Milliarden Jahre alt.
Man nennt sie Kratone.
Kratone umfassen Schilde (im folgenden Bild orange) und Tafeln (im folgenden
Bild rosa).
Das Bild oben zeigt
In den Schilden tritt weitgehend das Grundgebirge zutage. Unter dieser
Kruste von etwa 35 bis 40 Kilometer befindet sich bei den Kratonen der
Mantelkiel, der eine Verlängerung der Kruste in den Erdmantel darstellt.
Er ist so dick, dass er 250 bis 300 Kilometer tief in den Erdmantel reicht.
Sein Gestein hat eine niedrige Dichte als übliche Krustengesteine.
Aufgrund der chemischen Zusammensetzung hat das Gestein einen besonders hohen
Schmelzpunkt. Wahrscheinlich entstanden diese Gesteine, als vor 3 bis 4
Milliarden Jahren ein Material empor stieg, welches damals deutlich heißer
war als heute und daher eine andere, an Magnesium reichere Mineralogie besaß.
Die Kontinentale Kruste über dem Mantelkiel der Kratone hat auch eine niedrige
Dichte und ist deshalb ständig isostatisch angehoben.
Diese Kruste besteht oft aus stark tektonisch deformierten, kristallinen
Gesteinen. Sämtliche größeren darüber liegenden (zwangsläufig jüngerer)
Ablagerungsgesteine wurden in einem solchen Gebiet meistens wieder abgetragen,
oder es kam aufgrund einer dauernden Hochlage nie zu bedeutenderen
Ablagerungen.
Wenn dennoch ein Deckgebirge aus späteren Ablagerungen vorhanden ist
(Tafeln), so zeigen diese Ablagerungen keine Aufschmelzungen und keine
Faltungen.
Die Kratone sind also ein größeres, über mehrere Milliarden Jahre tektonisch
stabiles Gebiet.
Ein Erdteil besteht nun aus Kratonen, die an ihren Rändern jüngere Krustenteile
angelagert haben. Die Ränder um die Kratone sind im Laufe der
Erdgeschichte durch Gebirgsbildungen (im Bild türkis) angegliedert
wurden.
Zusätzlich strömt immer mehr magmatischen Material aus dem Erdmantel in die
Mittelozeanischen Rücken empor. Dieses wird Millionen Jahre später in
Subduktionszonen an die Erdteile angelagert (im Bild gelb).
Die Kratone waren die Kerne der frühen Erdteile. Im Laufe der Zeit wurden die
Erdteile durch Anlagerungen dann immer größer.
Entstehung und Zerfall der Superkontinente
Das Bild zeigt, wie schnell und wohin sich heute die Erdteile bewegen.
Die Geschwindigkeiten wurden mit
GPS ermittelt.
Die meisten Kontinente bewegen sich mit etwa 2cm pro Jahr. Das sind in
1000 Jahren etwa 20m, in 1 Million Jahren 20km und in 200 Millionen Jahren -
also von der Trias bis jetzt - sind es 4000km.
Man erkennt aus der Zeichnung aber auch, dass sich Australien recht schnell in
Richtung NNO bewegt - es sind etwa 7cm jedes Jahr oder 7000km seit Ende
der Trias. Das ist mehr als ein Sechstel der Erdumfangs. Auf anderen
Karten findet man sogar 15cm pro Jahr für das Auseinanderdriften der Platten.
Früher könnten die Geschwindigkeiten sogar noch größer gewesen sein.
In etwa 200 Millionen Jahren werden dann Afrika, Europa, Asien, Australien und
Nordamerika einen Superkontinent bilden.
Der nördliche Pazifische Ozean wird verschwinden.
Pangäa
Schon Alfred Wegener hat aus weit weniger Daten geschlossen, dass es vor 200
Millionen einen Superkontinent
Pangäa
gegeben haben muss. Siehe oben.
Pangäa ist dann in späteren Jahren zerfallen und hat
unsere gegenwärtige Aufteilung der Erdteile hinterlassen.
Wie Pangäa einmal ausgesehen hat, kann man aus dem Bild rechts
ersehen.
Die Umrisse der heutigen Kontinente sind als graue Linien angedeutet.
Die großen gelben Flecken sind große Wüsten im Landesinneren.
Eine große Landmasse verläuft von Nordpol zum Südpol und schließt beide Pole
mit ein. Wie man sieht, gab es aber auch sehr große, lang gestreckte Inseln
außerhalb - beispielsweise die Streifen rechts im Bild, die später zu Nord- und
Süd-China wurden.
Unterhalb der Beschriftung "Europe" erkennt man ein S-förmiges Binnenmeer,
das Germanische Becken. Es ist das Land, wo einmal
Deutschland liegen wird, mal über Wasser, mal bis 400 Meter unter Wasser.
Man kann auch die Umrisse von Frankreich und Spanien erkennen.
Der Kontinent Siberia war damals gerade auf Europa gestoßen und hat zur
Auffaltung des Ural geführt.
Zwischen Afrika und Nordamerika gab es ein riesiges Gebirge, vergleichbar
mit dem heutigen Himalaya. Übrig geblieben sind davon die nordamerikanischen
Appalachen.
Dann gab es einen Fluss, der in Afrika entsprang, durch Südamerika floss und
in den Panthalassa Ozean mündete. Heute fließt in seinem Ufern der Amazonas -
nur in anderer Richtung. Die Anden gab es noch nicht.
Bevor sich der Tethys Ozean schließen konnte, brach der Atlantik auf.
Das Germanischen Becken brach zum Panthalassa Ozean nach Norden durch.
Der Grabenbruch verlängerte sich in Richtung Südamerika. Die Bruchstücke von
Gondwana, nämlich Antarktika und Australien strebten weg vom heutigen Afrika.
Indien wanderte in hohem Tempo Richtung Siberia. Es kam vor 66 Millionen Jahren
dort an und führte zur Auffaltung des Himalaya.
Die vor 252 Millionen Jahren beginnenden extremen Vulkanausbrüche waren
wohl die Ursache, die zum Auseinanderbrechen von Pangäa führten. Ein Ausbruch
in Siberia überflutete ein Gebiet von der Größe der USA mit Lava.
Siehe violette Fläche im Bild oben.
Die Ausbrüche dort dauerten 500.000 Jahre. Die Folge war das größte
Massenaussterben der Erde.
Durch die Vulkanausbrüche wurden in Siberia die dort extrem ausgedehnten und
dicken Kohlelagerstätten entzündet. Kohlendioxid wurde in großen Mengen frei.
Die mittlere Temperatur der Luft und des Meeres stieg über 2,5 Grad. Dadurch
konnte Methan vom Boden der Meere aufsteigen, das in Form von
Methanhydrat dort gebunden war.
Methan ist ein viel stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid.
Die mittlere Temperatur des Planeten stieg nun um weitere 2,5 Grad.
Als Folge konnte das Meer keinen Sauerstoff mehr aufnehmen und giftiger
Schwefelwasserstoff reicherte sich dort an. 95% aller Arten starben im Meer aus.
An Land starben 75% der Arten aus. Die Menschen sind gerade dabei, den Vorgang
zu wiederholen.
Jetzt haben wir die Frage Wie hat sich Pangäa gebildet?
Gebirgsbildungen zeigen nämlich, dass Kontinente aneinander gestoßen sein
müssen, bevor sich Pangäa gebildet hat.
Diese Kontinente haben in ihrem Aussehen kaum mehr etwas mit unseren heutigen
Kontinenten zu tun. Über die Drift dieser Kontinente können wir nur etwas
erfahren durch die dortigen Gesteine und durch Gebirgsbildungen.
Aus diesem Grund sind unsere Kenntnisse über diese Kontinente umso unbestimmter,
je älter sie sind.
Der letzte Kontinent, der sich mit Pangäa verbunden hatte, war Siberia, wobei
der Ural aufgefaltet wurde. Deutlich früher stieß ein Nordkontinent
Laurentia mit dem schon lange vorher entstandenen
Südkontinent Gondwana zusammen, wobei die Appalachen entstanden.
Hier ist noch Baustelle.
Gondwana
Noch offen.
Rodinia
Noch offen.
Ur: 2,7-2,5 Milliarden Jahre
Columbia: 1,9-1,7 Milliarden Jahre
Rodinia: 1,2-1 Milliarden Jahre
Pangäa: 450-250 Millionen Jahre
Änderung des Klimas und der Temperaturen.
Menschen-gemachte Erwärmung
Literatur
Allgemein
Wikipedia, auch mit Übernahme von Bildern und
Textbausteinen
aus Artikeln zur Geologie und
Astronomie
Sendungen
alpha-Centauri auf ARD-alpha.
Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1-4. Heidelberg 1994-1998.
Die Geschichte der Klimawissenschaft in
SkepticalScience.com.
Speziell Astronomie
Karttunen, Kröger, Oja, Poutanen, Donner: Astronomie. Heidelberg 1990.
Speziell Geologie
Grotzinger, Jordan: Allgemeine Geologie. Heidelberg 2017.
Harald Lesch: Was hat das Universum mit mir zu tun? München 2019.
Thomas Halliday: Otherlands. A World in the Making. London 2022
Deutscher Titel: Urwelten. München 2022.
Bildernachweis
wa1 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:Expansion_des_Universums.png
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: NASA.
wa2 ↑ :
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:M3LRGB_891x674.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber: Robert J. Vanderbei.
wa3 ↑ :
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fig_STE_01.svg
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: Andrus31.
wa4 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:Witness_the_Birth_of_a_Star.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: NASA.
wa5 ↑ :
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Amalthea_(moon)2.gif
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber Philip Stooke.
wa6 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Oortschewolke.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber Herbye at de.wikipedia.
wa7 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:Big_Splash_Theia.gif
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber siehe Wikimedia Commons.
wa8 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:MoonTopoGeoidUSGS.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber: Mark A. Wieczorek.
wg1 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:Aufbau_der_Erde_schematisch.svg
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber siehe Wikimedia Commons.
wg2 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mohomap.png
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: AllenMcC.
wg3 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Pangaea_continents_german.png
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber siehe Wikimedia Commons.
wg4 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mid-ocean_ridge_topography.gif
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: USGS.
wg5 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Oceanic.Stripe.Magnetic.Anomalies.Scheme.svg
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: USGS.
wg6 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Plattengrenzen.png
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: USGS.
wg7 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:World_geologic_provinces.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: USGS.
wg8 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Global_plate_motion.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository. Urheber: NASA.
wg9 ↑ :
https://de.wikipedia.org/wiki/File:237_Ma_plate_tectonic_reconstruction.jpg
aus Wikimedia Commons, the free media repository.
Urheber: http://palaeos.com.
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