Ein Rest vom Anfang Was ein Unterwasservulkan bei Mayotte über den ersten Tag der Erde verrät

Die Erde ist ungefähr 4,5 Milliarden Jahre alt. Das weiß jedes Kind, das einmal ein Schulbuch aufgeschlagen hat, und die Zahl ist so groß, dass sie ohnehin niemand wirklich begreift. Was man sich schon eher vorstellen kann, ist der Anfang: Ein Himmelskörper von der Größe des Mars schlägt in die junge, noch halbwegs frisch zusammengeklumpte Erde ein. Die Wucht dieses Einschlags schmilzt den gesamten Planeten auf. Aus den Trümmern entsteht nebenbei der Mond, aus der Erde selbst ein Ozean – allerdings keiner aus Wasser, sondern aus flüssigem Gestein. Ein Magma-Ozean, der den kompletten Planeten überzieht.

Irgendwann kühlt dieser Ozean ab und wird fest. Und genau an diesem Punkt beginnt normalerweise die Geschichte zu Ende zu sein, geologisch gesprochen. 4,5 Milliarden Jahre Plattentektonik, Subduktion, Mantelkonvektion – ein gigantischer Rührkessel, der alles, was einmal homogen war, wieder und wieder durchmischt. Man ging bislang davon aus, dass von diesem ersten festen Gestein nichts mehr übrig sein kann. Zu lange der Zeitraum, zu gründlich die Durchmischung.

Ein Forschungsteam um Catherine Chauvel vom CNRS hat dieser Annahme jetzt widersprochen – mit Gestein aus einem Vulkan, den es offiziell erst seit 2018 gibt.

Ein Vulkan, geboren aus einem Erdbebenschwarm

Im Mai 2018 registrierten Seismographen vor der Insel Mayotte, gelegen zwischen Madagaskar und Mosambik im Indischen Ozean, einen ungewöhnlichen Erdbebenschwarm. Die Insel selbst sackte in der Folge um etwa 20 Zentimeter ab – ein Vorgang, der Geologen aufhorchen ließ, weil er auf Bewegungen in der Tiefe hindeutete, die sich so schnell nicht erklären ließen. Die Auflösung des Rätsels folgte ein Jahr später: rund 50 Kilometer östlich von Mayotte hatte sich ein neuer Unterseevulkan gebildet. Man nannte ihn Fani Maoré.

Die Dimensionen dieser Geburt sind, um es in der gebotenen Nüchternheit zu sagen, beachtlich. Über mehrere Jahre hinweg wurden hier erhebliche Mengen Magma gefördert, in einer der größten unterseeischen Eruptionen, die je aufgezeichnet wurden. Für die Forschung war das ein Glücksfall, denn ein Vulkan, dessen Fördergut man vom ersten Tag an beobachten kann, ist eine seltene Gelegenheit.

Der Fingerabdruck im Neodym

Chauvel und ihr Team, unter anderem mit Claudine Israel, verglichen Proben aus Fani Maoré mit älterem Vulkangestein der Nachbarinsel Mayotte. Das Werkzeug dafür kam aus Cambridge: eine hochpräzise Messmethode für Neodym-Isotope. Neodym ist in diesem Zusammenhang deshalb interessant, weil sein Isotopenverhältnis eine Art chemisches Gedächtnis besitzt – es konserviert Informationen darüber, unter welchen Bedingungen und aus welchem Ausgangsmaterial ein Gestein einst kristallisiert ist.

Das Ergebnis: Die Lava aus Fani Maoré zeigt ein auffällig anderes Verhältnis von Neodym-142 und Neodym-144 als das Vergleichsmaterial von Mayotte. Die naheliegendste Erklärung dafür ist, dass die Fani-Maoré-Lava aus einer Manteltasche stammt, die von der globalen Durchmischung der letzten 4,5 Milliarden Jahre weitgehend verschont geblieben ist. In dieser Tasche vermutet man erhöhte Anteile von Bridgmanit – jenem Mineral, das nach heutigem Kenntnisstand als eines der ersten aus dem abkühlenden Magma-Ozean auskristallisierte.

An dieser Stelle lohnt eine kleine Präzisierung, weil sie in der Berichterstattung gerne verschliffen wird: Niemand hat hier 4,5 Milliarden Jahre altes Magma gefunden. Magma, das 2018 gefördert wird, ist per Definition frisch. Was alt ist, ist die chemische Signatur der Quelle, aus der dieses Magma stammt – eine tief im Mantel konservierte Kammer, deren isotopischer Fingerabdruck bis in die Entstehungszeit der Erde zurückreicht. Der Unterschied ist klein, aber er ist der Unterschied zwischen Boulevard und Fachartikel.

Warum das mehr ist als eine geologische Randnotiz

Die Studie ist inzwischen in Nature erschienen. Chauvel wird darin mit der Einschätzung zitiert, dass diese Erkenntnisse einiges in der Geowissenschaft verändern dürften, weil damit erstmals belegt sei, dass Materialien aus den Anfängen der Erdgeschichte noch immer in ausreichender Menge existieren, um sie einem Vulkan zu entnehmen. Das ist, für geowissenschaftliche Verhältnisse, eine ziemlich deutliche Ansage.

Die praktische Konsequenz betrifft unser Bild vom Erdmantel insgesamt. Bislang galt die Vorstellung eines relativ gut durchmischten Mantels als Standardmodell. Wenn sich isolierte Reservoire aus der Hadaikum-Zeit über Milliarden Jahre hinweg gehalten haben, dann ist der Mantel weit weniger homogen, als die meisten Modelle bislang annehmen. Das wiederum hat Folgen für praktisch jede Theorie, die sich mit der frühen Differenzierung der Erde in Kruste, Mantel und Kern befasst.

Für mich als Freund der Vulkanologie ist an der Geschichte vor allem eines bemerkenswert: Ein Vulkan, der erst seit sieben Jahren auf der Karte existiert, liefert Beweismaterial für einen Vorgang, der 4,5 Milliarden Jahre zurückliegt. Die Erde vergisst offenbar schlechter, als man ihr zugetraut hat.

Was immer Sie machen, machen Sie es gut.