Die frühe Erde war ein höllischer Ort: heiß, brodelnd, schnell rotierend und von Weltraummüll bombardiert, einschließlich eines marsgroßen Körpers, dessen Aufprall den Mond schuf.
Dieser gleiche Aufprall verwandelte auch die gesamte Oberfläche der neu gebildeten Erde in einen geschmolzenen Magma-Ozean. Neue Forschungen haben ergeben, dass die schnelle Drehung des Planeten die Abkühlung dieses geschmolzenen Meeres beeinflusst haben könnte.
Die Geschwindigkeit der Erdrotation könnte sich darauf ausgewirkt haben, wo das Mineralsilikat kristallisierte und sich absetzte, als sich der Magma-Ozean verfestigte. Dies ergab die neue Studie. Die ungleichmäßige Anreicherung von Silikat und anderen Mineralien könnte den Beginn der Plattentektonik beeinflusst haben oder sogar dazu beitragen, die seltsame Zusammensetzung des heutigen Mantels zu erklären, sagte Christian Maas, Geophysiker an der Universität Münster in Deutschland.
Heiße Erde
Maas ist der Hauptautor der neuen Studie, in der untersucht wird, wie sich der alte Magma-Ozean abkühlt und die darin enthaltenen Mineralien kristallisieren. Diese Prozesse begannen alle vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, nicht lange nach der Entstehung der Erde, als ein Planetenkörper von der Größe des Mars auf den neugeborenen Planeten prallte. Der Aufprall warf ein Stück Trümmer ab, das den Mond bildete, und erzeugte gleichzeitig so viel Wärme, dass die Erdoberfläche zu einem Ozean aus Magma wurde, der mehrere tausend Meilen tief war.
"Es ist wirklich wichtig zu wissen, wie der Magma-Ozean aussah", sagte Maas gegenüber Live Science. Als sich das heiße Meer abkühlte, bildete es die Grundlage für die gesamte Geologie, die als nächstes kommen würde, einschließlich der Plattentektonik und der modernen Schicht-Mantel-Krusten-Anordnung des Planeten.
Eine Sache, die nicht viele Forscher in Betracht gezogen haben, sagte Maas, ist, wie die Erdrotation die Abkühlung beeinflusst hätte. Mithilfe einer Computersimulation haben Maas und seine Kollegen diese Frage beantwortet und die Kristallisation einer Art von Mineral, Silikat, modelliert, das einen großen Teil der Erdkruste ausmacht.
Abkühlen
Die Simulation zeigte, dass sich die Geschwindigkeit der Planetenrotation darauf auswirkte, wo sich das Silikat in den frühen Stadien der Abkühlung des Magma-Ozeans absetzte, was wahrscheinlich über tausend bis eine Million Jahre geschah. Bei langsamer Rotation im Bereich von 8 bis 12 Stunden pro Umdrehung bleiben die Kristalle in Suspension und bleiben gleichmäßig im Magma-Ozean verteilt.
Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit ändert sich die Verteilung der Kristalle. Mit mäßiger oder hoher Geschwindigkeit setzen sich die Kristalle am Nord- und Südpol schnell am Boden ab und bewegen sich in die untere Hälfte des Magma-Ozeans in der Nähe des Äquators. In den mittleren Breiten bleiben die Kristalle schwebend und gleichmäßig verteilt.
Bei den schnellsten Rotationsgeschwindigkeiten - eine volle Rotation in etwa 3 bis 5 Stunden - sammeln sich die Kristalle am Boden des Magma-Ozeans an, unabhängig vom Breitengrad. Die Konvektion im aufgewühlten Magma in der Nähe der Polarregionen führte jedoch wiederholt dazu, dass die Kristalle sprudelten, so dass die kristallisierte Schicht nicht sehr stabil war.
Wissenschaftler wissen nicht genau, wie schnell sich die frühe Erde drehte, obwohl sie schätzen, dass sie sich zum Zeitpunkt der Existenz des Magma-Ozeans in etwa 2 bis 5 Stunden vollständig gedreht hat.
Die Studie, die in der kommenden Mai-Ausgabe der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde, berücksichtigte keine anderen Arten von Mineralien und modellierte die Silikatverteilung nicht über die erste Phase der Kristallisation des Magma-Ozeans hinaus. Das Hinzufügen weiterer Mineraltypen zum Modell ist der nächste Schritt, sagte Maas.
Er fügte hinzu, dass er auch daran interessiert sei, spätere Auswirkungen auf den Planeten zu untersuchen. Nicht lange nach dem riesigen, mondbildenden Aufprall wurde die Erde wahrscheinlich von kleineren Weltraumsteinen getroffen, sagte Maas. Wenn die Rotation der Erde den Magma-Ozean ungleichmäßig kristallisieren ließ, könnten die Mineralien in diesen Brocken interstellarer Trümmer sehr unterschiedlich in die Erde eingebaut worden sein, je nachdem, wo sie gelandet sind, sagte er.
Es ist auch nicht klar, ob der heutige Mantel Spuren dieses feurigen Anfangs enthält. Der moderne Mantel ist ein Rätsel. Besonders verwirrend sind "die Blobs", zwei kontinentgroße Gebiete aus heißem Gestein, die seismische Wellen von Erdbeben, die durch sie hindurchgehen, immer verlangsamen. Diese Blobs, die eigentlich als "große Provinzen mit niedriger Schergeschwindigkeit" oder LLSVPs bekannt sind, sind jeweils 100-mal so hoch wie der Mount Everest, aber niemand weiß, woraus sie bestehen oder warum sie dort sind.
Es gibt viele Punkte, die zwischen den heutigen Mantelanomalien wie den Klecksen und dem alten Magma-Ozean der frühen Erde noch nicht miteinander verbunden sind, sagte Maas. Vielleicht seien alle Spuren dieses feurigen Meeres seit langem von geologischen Kräften beseitigt worden, fügte er hinzu. Wenn Sie jedoch herausfinden, wie die ursprüngliche feste Oberfläche des Planeten aussah, können Sie erklären, wie er sich zu seinem aktuellen Zustand entwickelt hat.
