Der Spin der frühen Erde hat geholfen, den Magma-Ozean zu formen


Die frühe Erde war ein höllischer Ort: heiß, aufgewühlt, schnell rotierend und von Weltraummüll bombardiert, einschließlich eines Körpers in Marsgröße, dessen Einschlag den Mond erzeugte.

Der gleiche Aufprall verwandelte auch die gesamte Oberfläche der neu gebildeten Erde in ein geschmolzenes Magma-Ozean. Neue Forschungen haben ergeben, dass der schnelle Spin des Planeten die Abkühlung dieses geschmolzenen Meeres beeinflusst haben könnte.

Die Geschwindigkeit der Erdrotation könnte beeinflusst haben, wo das Mineralsilicat kristallisierte und sich festigte, als sich der Magma-Ozean verfestigte. Die ungleichmäßige Ansammlung von Silikat und anderen Mineralien könnte den Beginn der Plattentektonik beeinflusst haben oder sogar dazu beitragen, die komische Zusammensetzung des heutigen Mantels zu erklären, sagte Christian Maas, Geophysiker an der Universität Münster in Deutschland. [In Photos: Ocean Hidden Beneath Earth’s Surface]

Maas ist der Hauptautor der neuen Studie, in der untersucht wurde, wie sich das alte Magma-Meer abkühlte und die Mineralien darin kristallisierten. Alle diese Prozesse begannen vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, nicht lange nach der Entstehung der Erde, als ein Planetenkörper von der Größe des Mars in den neugeborenen Planeten eindrang. Der Aufprall warf einen Bruchteil von Trümmern ab, die den Mond bildeten, und erzeugte so viel Hitze, dass die Erdoberfläche zu einem Ozean von 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 das heiße Meer abkühlte, bereitete es die Bühne für die gesamte Geologie vor, die als nächstes kommen würde, einschließlich der Plattentektonik und der modernen Schicht-, Mantel-und-Krusten-Anordnung des Planeten.

Maas sagte, nicht viele Forscher hätten in Betracht gezogen, wie sich die Erdrotation auf die Kühlung ausgewirkt hätte. In einer Computersimulation befassten sich Maas und seine Kollegen mit dieser Frage und modellierten die Kristallisation einer Art Mineral, Silikat, das einen großen Teil der Erdkruste ausmacht. [The Strangest Places on Earth (Photos)]

Die Simulation zeigte, dass die Geschwindigkeit der Planetenrotation Einfluss darauf hatte, wo sich das Silikat zu Beginn der Abkühlung des Magmaozeans angesiedelt hatte, was wahrscheinlich über tausend bis eine Million Jahre zurückliegt. 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 nach unten ab und bewegen sich in der Nähe des Äquators in der unteren Hälfte des Magmaozeans. In den mittleren Breiten bleiben die Kristalle in der Schwebe und sind gleichmäßig verteilt.

Bei den schnellsten Rotationsgeschwindigkeiten – einer vollen Rotation in etwa 3 bis 5 Stunden – sammeln sich die Kristalle unabhängig vom Breitengrad am Boden des Magmaozeans an. Die Konvektion im aufgewühlten Magma in der Nähe der polaren Regionen führte jedoch wiederholt zum Blasen der Kristalle, so dass die kristallisierte Schicht nicht sehr stabil war.

Die Wissenschaftler wissen nicht genau, wie schnell sich die frühe Erde drehte, obwohl sie schätzen, dass sie sich zum Zeitpunkt der Existenz des Magmaozeans 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 weder andere Arten von Mineralien noch die Silikatverteilung über die erste Phase der Kristallisation des Magma-Ozeans hinaus. Maas sagte, dass das Hinzufügen weiterer Mineralsorten der nächste Schritt sein wird.

Er fügte hinzu, dass er auch an späteren Auswirkungen von Planeten interessiert sei. Nicht lange nach dem riesigen, mondbildenden Aufprall sei die Erde wahrscheinlich von kleineren Weltraumgesteinen getroffen worden, sagte Maas. Wenn die Rotation der Erde den Magma-Ozean ungleichmäßig kristallisieren würde, hätten die Mineralien in diesen Brocken interstellaren Trümmers je nach Land, in dem sie gelandet sind, sehr unterschiedlich in die Erde aufgenommen werden können, sagte er.

Es ist auch nicht klar, ob der heutige Mantel Spuren dieses feurigen Anfangs behält. Der moderne Mantel ist ein bisschen ein Rätsel. Besonders verwirrend sind "The Blobs", zwei kontinentgroße Bereiche aus heißem Gestein, die alle seismischen Wellen von durchlaufenden Erdbeben verlangsamen. Eigentlich als "große Provinzen mit niedriger Schergeschwindigkeit" oder LLSVPs bekannt, sind diese Blobs jeweils 100 Mal so hoch wie der Mount Everest, aber niemand weiß, woraus sie bestehen oder warum sie da sind.

Es gibt viele Punkte, die zwischen den heutigen Mantelanomalien wie den Blobs und dem alten Magma-Ozean der frühen Erde immer noch nicht miteinander verbunden sind, sagte Maas. Vielleicht seien alle Spuren dieses feurigen Meeres durch geologische Kräfte längst gelöscht worden, fügte er hinzu. Aber herauszufinden, wie die ursprüngliche feste Oberfläche des Planeten aussah, könnte helfen zu erklären, wie er sich zu seinem gegenwärtigen Zustand entwickelt hat.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.