Hadaikum
Das Hadaikum oder Präarchaikum ist das erste Äon der Erdgeschichte. Es beginnt mit der Entstehung der Protoerde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren und endet geochronologisch definiert vor 4 Milliarden Jahren.[1] Um diese Zeit entstanden auch durch magmatische Differentiation die ersten kontinentalen Krustenblöcke. Auf das Hadaikum folgte das Archaikum. Klassisch wird als Ende des Hadaikums auch gerne 3,8 Mrd. Jahre BP angegeben, da hier das große Meteoritenbombardement endete.[2]
| Äonothem | Ärathem | System | Alter (mya) |
|---|---|---|---|
| später | später | später | |
H a d a i k u m Dauer: 600 Ma |
4000 ▄ █ █ █ █ █ █ ▀ 4600 |
Etymologie
Die Bezeichnung Hadaikum, englisch Hadean, leitet sich von Hades ab (altgriechisch ᾍδης oder Ἅιδης, dorisch Ἀΐδας), dem griechischen Gott der Unterwelt.
Neudefinition des Präkambriums
Im Zuge der Neudefinition des Präkambriums[3] wurde das Hadaikum 2012 um 30 Millionen Jahre gekürzt und endet 4030 Millionen Jahre BP mit dem Beginn der ersten Periode des Paläoarchaikums, dem Acastum. Es wird in zwei Ären unterteilt, in das von der Entstehung der Erde bis 4404 Millionen Jahre BP dauernde Chaotikum und das anschließende Zirconium. Mit dem Zirconium treten die ersten erhalten gebliebenen Minerale auf – die Zirkone.
In den Beginn des Hadaikums fällt das Erstarren des Erdmantels, mehrfach gestört durch Einschläge anderer Protoplaneten, von denen wohl der letzte zur Entstehung des Mondes führte. Danach war die Erde für lange Zeit ausschließlich von ozeanischer Kruste bedeckt, die sich wie heute durch Mantelkonvektion permanent erneuerte. Vulkane speisten die Uratmosphäre und lieferten Wasserdampf für den Ozean, der unter einer noch schwachen Sonne kühl war. Möglicherweise entstand in der Umgebung von Schwarzen Rauchern das Leben.
Zeitlicher Verlauf
Im Hadaikum fand zunächst die Formation des Planeten Erde statt. Nach der Akkretion aus einer die junge Sonne umgebenden Scheibe von Staub und Gas entstand die Protoerde. Das Erdmaterial differenzierte sich allmählich, wobei die schwereren Elemente wie Eisen und Nickel den Erdkern bildeten, die leichten, wie Silizium und gebundener Sauerstoff, formten Erdmantel und eine wahrscheinlich basaltische Erdkruste[4], wobei das Material des Erdinneren heiß und teilweise geschmolzen ist. Die Hitze stammt zu erheblichem Teil aus der Bildungsphase der Erde, in der sich die potentielle Energie der Planetesimale, aus denen die Erde sich formte, überwiegend in Wärmeenergie umwandelte. Die dabei freigesetzte gravitative Bindungsenergie betrug insgesamt 2,49·1032 J.[5] Diese Energie entspricht der gesamten Strahlungsleistung der Sonne an 7,5 Tagen oder der Sprengkraft von 1016 = 10.000.000.000.000.000 Zar-Bomben.
Nach der Kollisionstheorie der Mondentstehung beförderte der Einschlag eines etwa marsgroßen Protoplaneten, Theia genannt, viel Mantelmaterial in den Orbit, wo es den Mond bildete, damals noch in einer Entfernung von nur etwa einem Fünftel der heutigen. Er übte daher etwa 53=125-fach stärkere Gezeitenkräfte aus; der zerklüftete und teilweise wieder verflüssigte Erdmantel kam nicht zur Ruhe, zumal die Kollision die Erdrotation stark beschleunigt hatte. Durch Gezeitenreibung wurde der Drehimpuls dieser Rotation zu einem Bahndrehimpuls, hauptsächlich des Mondes, so dass dieser sich langsam entfernte.
In der ruhigeren Zeit nach diesen großen Einschlägen heizte sich der Erdmantel durch Zerfallswärme von Radionukliden langsam auf, hauptsächlich durch Kalium-40 und Uran-235.
Im Hadaikum könnte sich, vielleicht auch nur vorübergehend, die irdische Hydrosphäre gebildet haben. Die Herkunft des irdischen Wassers ist noch nicht vollständig geklärt; Hauptquellen waren einerseits Ausgasungen von Magma aus dem Erdinneren und andererseits Einschläge wasserreicher Himmelskörper, wobei Untersuchungen eher auf Objekte aus dem Asteroidengürtel als auf Kometen und transneptunische Objekte hinweisen. In Abhängigkeit von der damaligen Atmosphäre kann es auch bei hohen Temperaturen flüssiges Wasser gegeben haben, z. B. bei einer Atmosphäre mit hohem Druck und einem großen Kohlendioxidanteil, ähnlich der heutigen Atmosphäre der Venus. Die Existenz von Ozeanen im Hadaikum ist umstritten.[6] Die Leuchtkraft der jungen Sonne war den Modellrechnungen zufolge deutlich schwächer als heute (etwa 70–75 %). Demzufolge hätten die Temperaturen auch deutlich unter dem Nullpunkt liegen können, was im Archaikum jedenfalls nicht der Fall war. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Paradoxon der schwachen jungen Sonne, das sich möglicherweise über eine Atmosphäre mit hohem Kohlendioxidanteil erklären lässt.
Gegen Ende des Hadaikums begann womöglich das Große Bombardement (Late Heavy Bombardement), eine Phase, in der es zu sehr zahlreichen Einschlägen großer Meteoriten und Planetesimale auf Erde und Mond kam, deren Spuren heute nur noch auf der Mondoberfläche erkennbar sind. Möglicherweise wurden durch die Energie der Einschläge auch damals vorhandene Ozeane komplett verdampft.[7]
Erforschung des Hadaikums – Die ältesten Gesteine und Minerale
Mikroskopisch kleine Überreste von verwitterten Zirkonen, die auf 4404 Mio. Jahre datiert wurden, sind die bisher ältesten auf der Erde gefundenen Minerale aus dem Hadaikum. Sie wurden in Westaustralien im Narryer-Gneis-Terran im Yilgarn-Kraton gefunden. Ihr Alter wird als das Kristallisationsalter der Zirkone interpretiert. Insbesondere seit Entdeckung des makroskopischen, 4030 Mio. Jahre alten Acasta-Gneises im Kanadischen Schild steht fest, dass es bereits in diesem frühen Zeitalter – einige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde – einen Ozean, und zumindest eine – noch nicht kratonisierte – Festlandinsel gegeben hat. Ähnlich alt, möglicherweise mit 4280 Mio. Jahren (Datierung ist umstritten, möglicherweise nur 3800 Mio. Jahre) sogar noch älter als der Acasta-Gneis, sind die Gesteine des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels in der kanadischen Provinz Québec.[8] Aus solchen frühen Kratonen des Hadaikums könnte sich dann im Archaikum der hypothetische erste Superkontinent Ur geformt haben.
Heute sind nur vier weitere Zirkone älter als 4050 Mio. Jahre bekannt, welche nicht aus Westaustralien stammen. Die westaustralischen Zirkone waren möglicherweise im Hadaikum deutlich anderen Bedingungen ausgesetzt als dies bei der übrigen Kruste der Fall war, weshalb man von ihnen möglicherweise nicht auf die allgemeinen Bedingungen der damaligen Erde schließen kann. So hatten die bis zu 400 Millionen Jahre jüngeren chinesischen Zirkone Kristallisationstemperaturen von ca. 910 °C, während die westaustralischen Zirkone meist bei ca. 690 °C und einige wenige Exemplare bei ca. 800 °C kristallisierten.[4] Auch der nachgewiesene geringe Wärmefluss bei den westaustralischen Zirkonen spricht dafür, dass diese eine für damalige Verhältnisse besondere Konstellation erfuhren, möglicherweise ähnlich einer heutigen konvergierenden Plattengrenze.[9] Das Ausgangsmaterial der westaustralischen Zirkone ist stark umstritten; insbesondere ob diese zum Teil nicht nur aus magmatischen Gesteinen, sondern möglicherweise auch bereits aus existierenden Sedimenten entstanden, ist Teil der heutigen wissenschaftlichen Debatte. Der Beweis von damals existenten Sedimenten wäre ein starkes Indiz für eine bereits existierende Hydrosphäre mit Niederschlag und Ozeanen.[6]
Möglicherweise gibt es außerhalb der Erde weitgehend unveränderte Bruchstücke von Gesteinen der Erde aus dem Hadaikum, welche durch Meteoriteneinschläge ins All gelangten. So gibt es Indizien dafür, dass ein Teil eines bei der Mondmission Apollo 14 gefundenen Steins ursprünglich auf der Erde kristallisierte. Dies wäre mit einer Datierung von 4,0 bis 4,1 Mrd. Jahren der wahrscheinlich älteste Stein der Erde und würde eine völlig neue Sicht auf dieses Äon ermöglichen.[10]
Atmosphäre
Im Hadaikum kam es wahrscheinlich vor 4,35 Mrd. Jahren zur Entgasung der Gesteine und es entstand die erste Atmosphäre. Heutige Untersuchungen legen nahe, dass die Atmosphäre damals nicht reduzierend war.[11]
Mögliche Entstehung des Lebens
Falls das irdische Leben durch chemische Evolution entstand (und nicht entsprechend der Panspermie-Hypothese aus dem Weltall auf die Erde kam), so fand dieser Schritt im Hadaikum statt.
Literatur
- John W. Valley, William H. Peck, Elizabeth M. King: Zircons Are Forever. In: The Outcrop for 1999. University of Wisconsin-Madison Geology Alumni Newsletter. 1999, S. 34–35 (englisch, Update von 2005 online in wisc.edu).
- Simon A. Wilde, John W. Valley, William H. Peck, Colin M. Graham: Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. In: Nature. Band 409, Nr. 6817, 11. Januar 2001, S. 175–178 (englisch, online frei verfügbar durch ucsc.edu [PDF; 202 kB]).
- Stephen Wyche, D. R. Nelson, A. Riganti: 4350–3130 Ma detrital zircons in the Southern Cross Granite-Greenstone Terrane, Western Australia: Implications for the early evolution of the Yilgarn craton. In: Australian Journal of Earth Sciences. Band 51, Nr. 1, Februar 2004, ISSN 0812-0099, S. 31–45, doi:10.1046/j.1400-0952.2003.01042.x (englisch).
Weblinks
- Dave Smith, Brian Speer, Ben Waggoner: The Archean Eon and the Hadean. In: UCMP – University of California Museum of Paleontology. 7. Juli 2011, abgerufen am 3. September 2018 (englisch).
- Theorie: Frühe Erde war feucht und kühl. In: SPIEGEL ONLINE. 8. Mai 2005, abgerufen am 3. September 2018.
Einzelnachweise
- Kim M. Cohen et al.: International Chronostratigraphic Chart. (PDF; 355 kB) In: stratigraphy.org. International Commission on Stratigraphy, August 2012, abgerufen am 1. September 2018 (englisch).
- Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 8., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-78200-1, S. 588.
- Felix M. Gradstein et al.: On the Geologic Time Scale. In: Newsletters on Stratigraphy. Band 45, Nr. 2, April 2012, S. 171–188, doi:10.1127/0078-0421/2012/0020 (englisch, online frei verfügbar durch researchgate.net).
- Guang-Fu Xing, Xiao-Lei Wang, Yusheng Wan, Zhi-Hong Chen, Yang Jiang, Kouki Kitajima, Takayuki Ushikubo, Phillip Gopon: Diversity in early crustal evolution: 4100 Ma zircons in the Cathaysia Block of southern China. In: Scientific Reports. 4. Jahrgang, 3. Juni 2014, 5143, doi:10.1038/srep05143 (englisch).
- Frank D. Stacey, Conrad H.B. Stacey: Gravitational energy of core evolution: implications for thermal history and geodynamo power. In: Physics of the Earth and Planetary Interiors. Band 110, Nr. 1–2, Januar 1999, ISSN 0031-9201, S. 83–93, Table 2, Model C, doi:10.1016/S0031-9201(98)00141-1 (englisch, online frei verfügbar durch mcgill.ca [PDF; 109 kB]).
- Elizabeth Bell: Petrology: Ancient magma sources revealed. In: Nature Geoscience. Band 10, Nr. 6, Juni 2017, S. 397–398, doi:10.1038/ngeo2955 (englisch, eingeschränkte Vorschau in readcube.com).
- Simone Marchi, W. F. Bottke, L. T. Elkins-Tanton, M. Bierhaus, K. Wünnemann, A. Morbidelli, D. A. Kring: Widespread mixing and burial of Earth’s Hadean crust by asteroid impacts. In: Nature. Band 511, Nr. 7511, 31. Juli 2014, S. 578–582, doi:10.1038/nature13539 (englisch, online frei verfügbar durch boulder.swri.edu [PDF; 4,0 MB]).
- Jonathan O’Neil et al.: Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust. In: Science. Band 321, Nr. 5897, 26. September 2008, S. 1828–1831, doi:10.1126/science.1161925 (englisch, online frei verfügbar durch researchgate.net).
- Michelle Hopkins, T. Mark Harrison, Craig E. Manning: Low heat flow inferred from >4 Gyr zircons suggests Hadean plate boundary interactions. In: Nature. Band 456, Nr. 7221, 27. November 2008, S. 493–496, doi:10.1038/nature07465 (englisch, online frei verfügbar durch researchgate.net).
- This may be Earth's oldest rock—and it was collected on the moon. 25. Januar 2019, abgerufen am 28. Januar 2019 (englisch).
- Dustin Trail, E. Bruce Watson, Nicholas D. Tailby: The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere. In: Nature. Band 480, Nr. 7375, 1. Dezember 2011, S. 79–82, doi:10.1038/nature10655 (englisch, online frei verfügbar durch wustl.edu [PDF; 199 kB]).