In 24 Stunden durch die Erdgeschichte

Transkript

1 In 24 Stunden durch die Erdgeschichte

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3 Der 31. Dezember in der Erdgeschichte

4 Die menschliche Geschichte im Vergleich mit dem Alter der Erde Angegebene Zeiten sind Uhrzeiten am 31. Dezember Uhrzeit Jahr Ereignis Industrielle Revolution Newton begründet die klassische Physik Karl der Große Ende des Römischen Reichs Geburt Christi v.chr. Bau der Ägyptischen Pyramiden v.chr. Ende der letzten Kaltzeit v.chr. Letzter Vulkanausbruch in der Eifel

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6 Nur die roten Kerne der Kontinente stammen aus der ersten Hälfte der Erdgeschichte

7 Die ältesten Gesteine der Erde Es handelt sich zumeist um granitoide Gneise. Diese besitzen ein Alter von 4,0 bis 3,8 Milliarden Jahren. Es sind seltene Relikte einer alten kontinentalen Urkruste, die heute die Kerne unserer Kontinente bilden. Der Acasta-Gneis in NW-Kanada ist mit ca. 4,03 Milliarden Jahren eines der ältesten Gesteine der Erde. Er stellt den ersten Baustein des Kanadischen Schildes, einem alten kontinentalen Kraton, dar. Das Alter wurde mit Hilfe von Uran-Blei Datierungen an Zirkon-Kristallen aus diesem Gestein berechnet. Gneis Falte in jüngerer Schmelzader Gabbro (aus Stern & Bleeker 1998)

8 Die ältesten Minerale der Erde Kathodenlumineszenz Aufnahme eines zonierten Zirkon-Kristalls. Verschiedene Grautöne repräsentieren Unterschiede im Uran-Gehalt. Der dunkle Kern ist mehrere 100 Ma älter als der Saum. 0,05 mm Elektronenmikroskopische Aufnahme eines zonierten Zirkons. Bei den ovalen Löchern handelt es sich um Partien, in denen mit einer Ionensonde die Uran- und Blei-Gehalte für eine Altersbestimmung gemessen wurden. Quelle: Western Australian Isotope Science Research Centre, Curtin University Perth

9 Die Erde im Hadäikum Während der ersten 500 Millionen Jahre wurde die Erde immer wieder von großen Meteoriten getroffen. Es bleiben uns nur sehr wenige Hinweise, die Auskunft über die irdischen Bedingungen zu dieser Zeit geben. So ist die Planetologie eine der wichtigsten Quellen für Information über Prozesse im Hadäikum.

10 Die ersten Ozeane: Voraussetzung für das Leben Welches Bild entspricht der Erde vor 4300 Millionen Jahren?

11 Zwei Arten Erdkruste - kontinentale und ozeanische Die siliziumreiche kontinentale Kruste ist zwischen 20 und 70 km dick (durchschnittlich 35 km), während die magnesiumreiche ozeanische Kruste nur 7 km dick ist. Die relativ kalte Mantel-Lithosphäre (grau) ist dicker unter den Kontinenten.

12 Die Ozeankruste deckt zwei Drittel der Erdoberfläche ab. Sie wurde aber gänzlich während der letzten 4% der Erdgeschichte gebildet.

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14 Archaische Gneise sind eine sehr komplexe und mehrfach deformierte Mischung aus Gesteinen, die unter Hochtemperaturund Hochdruck- Bedingungen der unteren Erdkruste gebildet wurden.

15 Komatiit-Lava Komatiite sind charakteristisch für das Archaikum. Es handelt sich um einen Lava-Typ, der im Vergleich zu modernen Basalt-Laven sehr reich an Magnesium ist. Dieser Reichtum an Mg führt zur Bildung von nadeligen Kristallen aus Olivin, ein besonders Mg-reiches Mineral. Die Textur, getragen von zusammengewachsenen nadeligen Olivinen, nennt man Spinifex.

16 In der Zeit vor den Kontinenten Zur Bildung von kontinentaler Kruste benötigt man Wiederaufschmelzung von Ozeankruste in Subduktionszonen. So können sich dann Kontinente durch das Zusammenschweißen von Tonalit-Inselbögen (Arcs) formieren.

17 Ozeanische Plateaus (rot) bilden heute eine beträchtliche Teilfläche der Ozeankruste. Sie dienen als Modell für die ersten Kontinente im Archaikum.

18 Krustenwachstum durch Akkretion von ozeanischen Plateaus Ein ozeanisches Plateau ist zu dick, um subduziert zu werden. Heute werden sie an existierende Kontinente angeschweißt. Im Archaikum hingegen könnten Kollisionen zwischen solchen Plateaus zu den ersten Kontinenten geführt haben.

19 Diamant-Eklogit Gesteine wie dieser Diamant-Eklogit stellen Proben der Ozeankruste von vor 2700 Millionen Jahren dar. Das Gestein hat eine Zusammensetzung zwischen heutigem Basalt und archaischem Komatiit.

20 Verdickung der kontinentalen Kruste durch Kollisionen

21 Im Proterozoikum bildeten sich die ersten Superkontinente, Plattenkonfigurationen, bei denen fast alle Kontinente zusammengefügt sind. Das Bild zeigt Pangaea, den letzten Superkontinent vor 200 Millionen Jahren

22 Im Proterozoikum (2500 bis 540 Millionen Jahre) fand die Platznahme von zahlreichen mächtigen Basaltgängen, wie hier in der Antarktis, statt. Im Archaikum (älter als 2500 Ma) fehlte es an stabilen Kontinenten, die als Substrat für diese magmatischen Gänge hätten dienen könnten.

23 Die Entwicklung des Lebens

24 Ursprung des Lebens Die Ursuppe war nie in solchen Dosen erhältlich, sondern in der Laborapparatur von Miller & Urey im Jahr 1953

25 Die Zusammensetzung der frühen Atmosphäre Ein Vergleich unter den heutigen Planeten lässt vermuten, dass Stickstoff (N 2 ) in der frühen Atmosphäre nicht dominant war. Wahrscheinlich machte Kohlendioxid (CO 2 ) mehr als 90 % aus, nachdem das Wasser kondensiert war. Die Atmosphären der Planeten heute: Venus Erde Mars Luftdruck Oberfläche [bar] Oberflächentemperatur [ C] Kohlendioxid % 0.03 % 95.3 % Stickstoff 2-5 % 78.1 % 2.7 % Sauerstoff ~30 ppm 20.9 % 0.13 % Kohlenmonoxid ~20 ppm ppm 0.07 % Wasserdampf 0.1 % 1.00 % 0.03 % Argon ~60 ppm 0.93 % 1.60 %

26 Schwarze Raucher Modernes Analogon für den Ursprung des Lebens?

27 Stammbaum des Lebens Nisbet & Sleep (2001)

28 Ökosysteme im späten Archaikum ( Millionen Jahre) Nisbet & Sleep (2001)

29 Ökosysteme im späten Archaikum Nisbet & Sleep (2001)

30 Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre hat sich langsam entwickelt: von beinahe Null vor 4400 Millionen Jahren bis zu den heutigen 21 %.

31 Gaia Die lebende Erde Die Gaia-Hypothese besagt, dass das Klima von der Gesamtheit der Lebewesen bestimmt wird. Somit wäre die Erde ohne Leben eine eisige Masse mit einer Oberflächentemperatur von nur etwa 18 C.

32 Wärmequellen tief in der Erde Die Temperatur im Erdkern muss im Bereich zwischen 4000 und 6000 C liegen, da der äußere Kern geschmolzen ist. Aber woher kommt diese Wärme? Der radioaktive Zerfall reicht nicht einmal aus, um die Erdkruste zum Schmelzen zu bringen. Es wird geschätzt, dass 85 % der Wärme aus dem ersten Prozent der geologischen Zeit stammen. Sie wurden aus der Energie von Akkretion, Kernbildung und späteren Einschlägen umgewandelt. Seither wärmt die Erde aus dem Guthaben dieser Zeit, wobei sie nur sehr langsam abkühlt. Ihr Zustand muss im Archaikum folglich viel wärmer gewesen sein.

33 Wie verliert die Erde Wärme? Wie im Kochtopf sorgt die Konvektion für Wärmeverlust vom Erdinneren. Die Fliessrate ist wegen der hohen Festigkeit der Gesteine extrem langsam. Es ist nicht bekannt, wie viele Konvektionsschichten sich im Erdinneren befinden. Je mehr, desto langsamer ist der Wärmeverlust, da Schichtgrenzen wie Doppel- und Dreifachfenster fungieren.

34 Konvektion des Erdmantels Kellogg, Hager & van der Hilst, 1999