Wie Wasser vor 3,1 Milliarden Jahren Vulkane auslöste

Zu diesem Ergebnis kam ein internationales Team von Geologen, das einige der ältesten vulkanischen Gesteine in Westaustralien untersucht hat.

Die Studie wurde in „Nature Communications“ veröffentlicht.

Die Forscher fanden Hinweise darauf, dass Wasser von der Oberfläche tief in das Erdinnere gelangte und dort zur Bildung von Magma beitrug. Einfacher ausgedrückt: Wasser existierte nicht nur in den Ozeanen des jungen Planeten – es konnte bereits am inneren „Kochprozess“ der Erde beteiligt sein und so Vulkane sowie das Wachstum der Kontinente beeinflussen.

Dies ist von Bedeutung, da die Erde vor 3,1 Milliarden Jahren wesentlich heißer war und die heutige Plattentektonik wahrscheinlich noch nicht so funktionierte wie heute. Daher diskutieren Wissenschaftler seit langem: Konnte Wasser damals überhaupt tief genug eindringen, um die Zusammensetzung des Mantels zu verändern und die Magmabildung in Gang zu setzen?

Details

Heute gelangt Wasser in den Tiefen der Erde über Subduktionszonen. Das sind Orte, an denen eine tektonische Platte unter eine andere abtaucht. Zusammen mit dem Gestein gelangt auch das Wasser, das in Mineralien oder in der umgewandelten ozeanischen Kruste gebunden ist, in die Tiefe. In der Mantelzone trägt es dazu bei, dass Gestein schmilzt, und das entstehende Magma speist Vulkane – beispielsweise in Regionen wie dem pazifischen „Ring of Fire“.

Bei der frühen Erde ist die Sache jedoch komplexer. Damals war der Planet heißer, und die Lithosphäre verhielt sich möglicherweise anders als die heutigen Platten. Daher könnte die klassische Subduktion damals noch nicht existiert haben oder anders funktioniert haben. Eine neue Studie schlägt einen anderen Mechanismus vor – die „Dripduction“, also so etwas wie ein „Tropfenversinken“ der Kruste.

Die Idee lautet wie folgt: Dichte, abgekühlte und wasserreiche Bereiche der äußeren Kruste könnten von Zeit zu Zeit absinken und in den heißeren Mantel einbrechen. Zusammen mit ihnen floss Wasser nach unten. Wenn solche Gesteinsmassen tiefer absanken, wurde das Wasser freigesetzt und trug zur Bildung von Magma bei.

Wie Wasser zur Magmaentstehung beiträgt

Auf den ersten Blick klingt das seltsam: Wasser sollte doch eigentlich kühlen und nicht Vulkane „auslösen“. Doch in der Geologie wirkt Wasser anders. Gelangt es in der Tiefe in heißes Gestein, senkt es die Temperatur, bei der dieses Gestein zu schmelzen beginnt. Daher kann Gestein, das ohne Wasser noch fest bliebe, in Gegenwart von Wasser teilweise zu schmelzen beginnen.

So entsteht Magma. Es steigt nach oben, speist Vulkane, erstarrt und verwandelt sich in Gestein. Genau solche uralten Gesteine untersuchen Geologen nun, um die Vorgänge zu rekonstruieren, die sich vor Milliarden von Jahren abspielten.

Den Forschungsergebnissen zufolge deuten chemische Merkmale in den Gesteinen des Pilbara-Kratons darauf hin, dass die Quelle dieser uralten Magmen wasserreich war und in dieser Hinsicht den heutigen Vulkanbögen ähnelte.

Warum Australien wichtig ist

Gesteine dieses Alters sind kaum erhalten geblieben. Die Erdkruste wird ständig umgewandelt: Sie zerfällt, sinkt ab, schmilzt und verändert sich unter dem Einfluss von Druck und Temperatur. Daher ist es ein seltener Glücksfall, gut erhaltene vulkanische Gesteine zu finden, die älter als 3 Milliarden Jahre sind.

Der Pilbara-Kraton in Westaustralien ist einer der wenigen Orte, an denen man die frühe Geschichte der Erde erforschen kann. Dort sind uralte vulkanische und sedimentäre Gesteine erhalten geblieben, die einen seltenen Einblick in die Vergangenheit des Planeten gewähren.

Wissenschaftler haben die chemischen „Fingerabdrücke“ dieser Gesteine analysiert. Anhand dieser lassen sich die Entstehungsbedingungen des Magmas, der Wassergehalt seiner Quelle sowie die Prozesse nachvollziehen, die vor 3,1 Milliarden Jahren in den Tiefen der Erde stattgefunden haben könnten.

Was dies bedeutet

Die wichtigste Schlussfolgerung: Die junge Erde konnte bereits eine Verbindung zwischen der Oberfläche und dem tiefen Erdinneren herstellen. Wasser blieb nicht einfach oben – es konnte nach unten sickern, den Mantel verändern und zur Bildung von Vulkangestein beitragen.

Dies beweist nicht, dass vor 3,1 Milliarden Jahren bereits die heutige Plattentektonik existierte. Die Autoren äußern sich geradezu zurückhaltender: Die Erde funktionierte damals nicht so wie heute, doch einige Schlüsselprozesse, die den heutigen ähneln, könnten bereits in Gang gesetzt worden sein.

Dies ist wichtig für das Verständnis der Kontinentalbildung. Wasser beeinflusst das Schmelzen von Gestein, die Zusammensetzung des Magmas und die Bildung der Erdkruste. Und die kontinentale Erdkruste wiederum steht in Zusammenhang mit der langfristigen Bewohnbarkeit des Planeten: Sie ist am Stoffaustausch zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Mantel und Biosphäre beteiligt.

Warum dies für die Erdgeschichte wichtig ist

Die Studie beweist nicht, dass Wasser „das Leben erschaffen“ oder die biologische Evolution direkt in Gang gesetzt hat. Sie hilft jedoch zu verstehen, wie der Planet aussah, auf dem Leben bereits existieren konnte oder sich gerade erst etablierte.

Wenn Wasser, Erdkruste und Erdmantel bereits vor mehr als 3 Milliarden Jahren einen Stoffaustausch vollzogen haben, bedeutet dies, dass die junge Erde kein statischer, heißer Ball war, sondern ein dynamischer Planet. Auf ihr waren bereits Prozesse am Werk, die später Teil des uns vertrauten geologischen Systems wurden: Vulkane, das Wachstum der Erdkruste, der Wasserkreislauf und der chemische Austausch zwischen der Oberfläche und dem Erdinneren.

Hintergrund

Die heutige Erde „kreist“ Wasser ständig um. Ein Teil des Wassers verbleibt in den Ozeanen, ein Teil gelangt in die Atmosphäre, ein Teil dringt in das Gestein ein und kann sich anschließend tief im Mantel wiederfinden. Dieser Kreislauf beeinflusst nicht nur Vulkane, sondern auch das Klima, die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Kontinentalbildung und die Verfügbarkeit chemischer Elemente.

In der Frühgeschichte der Erde könnte dieser Prozess anders ausgesehen haben. Anstelle der bekannten Plattentektonik könnten lokal begrenztere und sporadischere Mechanismen gewirkt haben – beispielsweise das Absinken dichter Bereiche der Erdkruste in die heiße Mantelzone. Eine neue Studie zeigt nun, dass Wasser auch ohne die heutige Plattentektonik in die Tiefe gelangen und den Magmatismus beeinflussen konnte.

Quelle

Studie: „Modern arc-like water content in the source of 3,1-billion-year-old volcanic rocks“, Nature Communications, 2026.