Einer der Superkontinente unterscheidet sich von den anderen (es ist Rodinia)

Viele Menschen haben von Pangaea gehört, dem Superkontinent, der alle Kontinente der Erde umfasste und vor etwa 175 Millionen Jahren zu zerbrechen begann. Doch schon vor Pangaea brachen die Landmassen der Erde auseinander und fügten sich immer wieder zu Superkontinenten zusammen. Dieser Zyklus läuft seit mindestens 3,0 Milliarden Jahren der Erdgeschichte ab und reguliert die Geographie, das Klima und den Kohlenstoffkreislauf unseres Planeten.

Jeder Superkontinent hat seine Eigenheiten, aber einer, Rodinia genannt, der sich vor 1,3 bis 0,9 Milliarden Jahren bildete und vor etwa 0,75 Milliarden Jahren auseinanderbrach, ist besonders seltsam. Eine Studie unter der Leitung von Chao Liu und Robert Hazen (auch Geschäftsführer des Deep Carbon Observatory) von Carnegie und Andrew Knoll von der Harvard University beschreibt in einem neuen Artikel in Nature Communications, warum Rodinia so ungewöhnlich ist.

Wenn Geologen nach Beweisen für vergangene Superkontinente suchen, lieben sie Körner von Zirkon, einem langlebigen Mineral, das sich aus geschmolzenem Gestein bei hohen Temperaturen bildet.

„Zirkone sind so robust, dass sie die meisten geologischen Ereignisse überleben“, sagt Liu. Genau wie bei anderen Superkontinenten nahm die Anzahl der detritischen Zirkonkörner während der Entstehung zu und fiel beim Auseinanderbrechen von Rodinia ab. „Allerdings ist Zirkon nur eine von mehr als 5.000 verschiedenen Arten von Mineralien auf der Erde“, sagte Liu. „Wir dachten, vielleicht können wir uns die Verteilung anderer Minerale im Laufe der Zeit ansehen, um zu sehen, ob sie sich von Zirkon unterscheiden.“

Liu und seine Kollegen stellten globale Aufzeichnungen von Hochtemperaturmineralen zusammen, die 3 Milliarden Jahre zurückreichen. Zusätzlich analysierten sie globale Daten von Spurenelementkonzentrationen in magmatischen Gesteinen, das sind Gesteine, die aus geschmolzenem Magma entstanden sind, über die letzten 3 Milliarden Jahre, um Mechanismen zu identifizieren, die steuern, wie sich die Verteilung von Mineralien im Laufe der Zeit verändert, einschließlich Zirkon. Die Mineraldaten zeigten ähnliche Muster wie Zirkon, mit Spitzen in den Gesamtmineralaufzeichnungen, die mit dem Aufbau von Superkontinenten verbunden sind. Allerdings gibt es eine Ausnahme. Rodinia hatte weniger Gesamtmineralvorkommen im Vergleich zu anderen Superkontinenten.

Den Forschern fiel auf, dass Rodinia-Mineralien, die Niob und Yttrium enthalten, ähnlich hohe Peaks aufwiesen wie Zirkon. Außerdem passen diese Peaks gut zu den höheren globalen Konzentrationen von Yttrium, Niob und Zirkonium in magmatischen Gesteinen von Rodinia im Vergleich zu allen anderen Superkontinenten.

Um diese Ergebnisse zu erklären, schlagen die Forscher vor, dass Rodinia während seiner Entstehung begrenzten Arc-Magmatismus erlebt haben könnte. Diese Art von vulkanischer Aktivität ist normalerweise während der Bildung von Superkontinenten vorherrschend und steht im Zusammenhang mit der Subduktion, bei der der Rand einer tektonischen Platte unter eine andere sinkt, und den Kollisionen, die Vulkanbögen wie die Aleuten und Gebirgszüge wie die Rocky Mountains und den Himalaya entstehen lassen. Solche tektonischen Ereignisse tragen in der Regel robuste geochemische Signaturen von sehr wenig Zirkonium, Yttrium und Niobium. Solche Signaturen sind während der Rodinischen Montage relativ begrenzt. Stattdessen deuten die Geochemie, Mineralogie und Petrologie des Rodiniums auf einen weit verbreiteten Nicht-Bogen-Magmatismus hin.

Um die im Vergleich zu anderen Superkontinenten allgemein schwachen Mineralienaufzeichnungen für Rodinien zu erklären, spekulieren die Forscher, dass es eine umfangreiche Erosion der Rodinischen Vulkanbögen und Gebirgsgürtel gegeben haben könnte. Die verstärkte Erosion ist wahrscheinlich auf die Art und Weise zurückzuführen, wie Rodinia entstanden ist, nämlich durch einen Prozess, der als „extrovert assembly“ bezeichnet wird. Nachdem sich ein Superkontinent aufgespalten hat, können sich die Teile zu einem neuen zusammenfügen, entweder durch introvertierte Montage, bei der die tektonischen Platten zurückdriften und sich wieder vereinigen, oder durch extrovertierte Montage, bei der die Kontinente weiter auseinanderdriften und sich auf der anderen Seite des Planeten wieder treffen. Bei der extrovertierten Montage legen die Platten tendenziell eine längere Strecke zurück, was zu einer stärkeren Erosion ihrer Ränder geführt haben könnte. Die extrovertierte Montage von Rodinia könnte auch von einer beidseitigen Subduktion begleitet worden sein, bei der Materialien beider kollidierender Platten in den Erdmantel sinken, was die Erhaltung von Mineralien weiter erschwert.

Die vermutete „verstärkte Erosion“ von Rodinia könnte den globalen Kohlenstoffkreislauf erheblich beeinflussen, da Verwitterung eine wichtige Senke für atmosphärisches Kohlendioxid ist. Im nächsten Schritt werden die Forscher zusammen mit der Erzgeologin Simone Runyon, einer Postdoc-Forscherin an der Carnegie Institution for Science, die Spekulation der ‚verstärkten Erosion‘ genau unter die Lupe nehmen. „Wir versuchen, die Bildungstemperatur, den Druck und die Tiefe aller rodinischen Minerale herauszufinden und sie mit Mineralen zu vergleichen, die bei der Entstehung anderer Superkontinente entstanden sind“, sagt Liu. „Ich denke, das wird sehr interessant sein.“

Bildunterschrift: Eine vorgeschlagene Rekonstruktion des Superkontinents Rodinia, vor etwa 990 Millionen Jahren. Credit: Chao Liu/EarthByte

Courtesy of the Deep Carbon Observatory