Einschlüsse in Diamanten
© Stephen H. Richardson/University of Cape Town
Einschlüsse in Diamanten aus den Tiefen der Erde geben Aufschluss über den Beginn der Plattentektonik.

Vulkanausbrüche und Erdbeben sind untrügliche Zeichen dafür, dass unsere Erde sich in ständiger Aktivität befindet. Forscher konnten nun mithilfe von Diamanten bestimmen, wann sich die Kontinente zum ersten Mal in Bewegung setzten.

Die feste Kruste der Erde ist in ständiger Bewegung: An den mittelozeanischen Rücken quillt Magma aus der Tiefe auf und bildet neues Krustenmaterial. An den Rändern der Meere kollidiert die ozeanische Kruste mit den Kontinentalplatten und wird in die Tiefe des Erdmantels gedrückt. Dort schmilzt das Gestein wieder auf und steht nun erneut als Baumaterial für neue Kruste zur Verfügung.

Dieser sogenannte Wilson-Zyklus bildet die Basis der Plattentektonik und aller damit verknüpften Phänomene. „Der Wilson-Zyklus ist verantwortlich für das Wachstum der kontinentalen Erdkruste, das Öffnen und Schließen von Meeresbecken, das Wachstum von Gebirgen sowie die Verteilung von Erzen und anderen Materialien in der Erdkruste“, sagt Steven Shirey von der Carnegie Institution in Washington. Wann sich dieser Zyklus jedoch erstmals in Bewegung setzte, sei bisher unklar gewesen.

Diamanthülle konserviert urzeitliche Minerale unverändert

Die Datierung der Anfänge der Plattentektonik gelang einer Forschergruppe um Shirey nun mithilfe von 4000 winzigen Mineralien-Einschlüssen in Diamanten. „Sie sind perfekte Zeitkapseln und stammen aus großer Tiefe unter den Kontinenten“, erklärt der Hauptautor der im Fachmagazin „Science“ veröffentlichten Studie. „Sie liefern uns Alter und chemische Zusammensetzung für eine Zeitspanne von mehr als 3,5 Milliarden Jahren.“

Die Edelsteine entstanden über Milliarden Jahre hinweg in den ältesten Gesteinsformationen der Kontinente. Alles Material, das dabei von den Diamanten eingeschlossen wurde, überdauerte bis heute unverändert - geschützt durch die harte Kohlenstoffhülle.

Zwei Methoden kommen zum gleichen Ergebnis

Unter den Einschlüssen fand sich auch das Mineral Eklogit. Eklogit entsteht, wenn ozeanische Erdkruste durch die Kontinentaldrift in die Tiefe gedrückt wird. Das Mineral gilt daher als typisches Produkt der Plattentektonik. Die entscheidende Frage war nun, wann diese Mineralkörnchen erstmals gebildet und eingeschlossen worden waren. Für eine absolute Datierung nutzten die Forscher zwei unterschiedliche, auf dem allmählichen Zerfall von Isotopen beruhende Verfahren.

Mit beiden kamen sie zu dem Ergebnis, dass das Mineral erst vor drei Milliarden Jahren sehr viel häufiger im Gestein zu finden war. „Die einfachste Erklärung dafür ist, dass dieser Umschwung durch die erste Unterschiebung einer tektonischen Platte unter die tiefe Wurzel einer anderen geschah“, schreiben die Forscher. „Es ist verblüffend, dass wir die kleinsten, noch analysierbaren Mineralkörnchen nutzen können, um den Ursprung einiger der größten geologischen Phänomene der Erde zu enthüllen.“

sr/ddp