Von der frühesten Kruste der Erde sind kaum mehr Relikte erhalten. Über deren Alter wird in den Geowissenschaften zudem seit Jahren heiß debattiert. Nun konnten Forscher im Nordosten Kanadas das mit 4,16 Milliarden Jahren älteste Gestein unseres Planeten nachweisen.
Die vor 4,54 Milliarden Jahren entstandene Erde war anfangs alles andere als ein blauer, von Wassermassen bedeckter und lebensfreundlicher Planet. Sie präsentierte sich vielmehr als ein rot glühender Feuerball aus geschmolzenem Gestein inmitten von ätzend-giftigen Gasen. Es war gewissermaßen die Hölle auf Erden. Deshalb wird der früheste Teil der Erdgeschichte – der erste von vier Äonen – als Hadaikum bezeichnet. Benannt nach dem Hades, der Unterwelt der griechischen Mythologie, dauerte dieser rund 600 Millionen Jahre. Die Oberfläche wurde von einem Hunderte Kilometer tiefen Magma-Ozean gebildet. Dessen Temperaturen wurden durch freigesetzte Energie infolge des Zerfalls radioaktiver Isotope im Erdinnern sowie durch ein gewaltiges Meteoriten-Bombardement, das von keinerlei Atmosphäre abgebremst wurde, stetig weiter erhöht. Erst nach einigen hundert Millionen Jahren ließen diese Einschläge aus dem All allmählich nach, wodurch die Hitze an der Erdoberfläche nach und nach sank und die Gesteinsschmelze zu erkalten und zu erstarren begann. Die Erde erhielt dadurch eine erste Kruste, die im Laufe weiterer Jahrmillionen immer dicker wurde, auch wenn sie bis heute nur eine vergleichsweise dünne Schicht auf dem zähflüssig-heißen Erdinneren bildet. Anfangs handelte es sich nur um kleine Landmassen, die auf dem Magma-Ozean schwammen, dabei allmählich größer wurden und zusammenwuchsen. Diese primitive Erdkruste des Hadaikums bestand größtenteils aus dunklem, mit zahllosen Kratern übersätem Basalt, einem eisenhaltigen Vulkangestein. Infolge von Meteoriteneinschlägen konnte sich ein Teil des Basalts in den obersten Kilometern der Erdkruste durch Aufschmelzung in Gneis verwandeln, ein sogenanntes metamorphes Gestein, das dem Granit ähnelt, aber sich von ihm durch eine gebänderte Musterung unterscheidet.
Erdkruste wurde immer dicker
Von dieser frühen Erdkruste haben rund um den Globus nur vergleichsweise wenige Relikte die nachfolgenden Epochen der Erdgeschichte überdauern können. Denn infolge der sogenannten Plattentektonik war die frühe Erdkruste größtenteils, und wohl schon im Hadaikum einsetzend, in den Erdmantel abgetaucht (was mit dem Fachbegriff Subduktion bezeichnet wird), wurde dabei aufgeschmolzen und weitestgehend zerstört. Als älteste erhaltene Spuren der frühen Erdkruste gelten die sogenannten Zirkone des Hadaikums. Dabei handelt es sich um Minerale, die von Forschern 1983 in Westaustralien geborgen werden konnten, genauer gesagt vom Mount Narryer und den Jack Hills des Yilgarn-Kratons. Ihr Alter wurde auf knapp 4,4 Milliarden Jahre taxiert – und damit nur rund 100 Millionen Jahre nach der Kollision der jungen Erde mit einem anderen Himmelskörper, was die Entstehung des Mondes zur Folge gehabt haben könnte. Sogar noch älter könnten Steine sein, die Geologen 2017 auf Hawaii, Samoa und Island aufgesammelt hatten, und die nach Einschätzung der Wissenschaftler erst in jüngster Zeit infolge von Vulkanausbrüchen an die Erdoberfläche gelangt waren. Das Team um die österreichische Geologin Andrea Mundl von der University of Maryland konnte geochemische Signaturen nachweisen, die auf Bedingungen hinweisen, wie sie kurz nach der Geburt des Planeten geherrscht haben müssen – sodass sie „innerhalb der ersten 50 Millionen Jahre des Sonnensystems entstanden sein müssen, also vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren“, so Andrea Mundl.
Frage final beantwortet
Während in der Geowissenschaft weitestgehend Einigkeit über die Altersangabe der australischen Zirkon-Minerale herrscht, hat es bezüglich der ältesten noch erhaltenen Gesteinsformationen des Globus in den vergangenen Jahren immer wieder kontroverse Diskussionen und Neudatierungen infolge verbesserter Berechnungsgrundlagen gegeben. Wobei fast immer die gleichen Kandidaten ins Rennen geschickt wurden. Obwohl Forscher auf allen Kontinenten der Erde bereits Gesteine gefunden haben, die älter als 3,5 Milliarden Jahre sind, konnten nur ganz wenige Relikte sicher dem Hadaikum zugeordnet werden. Lange galt der sogenannte Acasta-Gneis in den kanadischen Nordwest-Territorien in der Nähe des Great Slave Lake mit einem Alter von gut vier Milliarden Jahren als älteste Gesteinsformation der Erde. Und doch wurde ihm der Rang als Primus schon seit knapp zwei Jahrzehnten von einer konkurrierenden Forschergruppe unter Federführung des kanadischen Hadaikum-Spezialisten Prof. Jonathan O’Neill abgesprochen. Schon 2008 hatte O’Neill, der früher an der McGill University in Montreal arbeitete und inzwischen an der Universität von Ottawa tätig ist, eine Gesteinsformation am Nordoststrand der kanadischen Hudson Bay namens Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel auf ein Alter von 4,28 Milliarden Jahre taxiert. Damit schien die durchaus strittige Frage, ob sich aus dem Hadaikum neben den Mineralfragmenten auch noch intakte Gesteinsstrukturen der frühen Erdkruste erhalten haben könnten, final beantwortet zu sein. Was aber überraschenderweise nur zu einer hitzigen wissenschaftlichen Diskussion und einem Einpendeln der Spannbreite der Altersschätzung dieser Formation zwischen 3,8 und (von Jonathan O’Neill selbst postulierten) 4,4 Milliarden Jahren geführt hatte. Dadurch wurden aber letztendlich andere uralte Gesteinsformationen, die ihren Ursprung größtenteils Lavaströmen verdanken dürften und kaum der ursprünglichen Erdkruste zugeordnet werden können, weit in den Schatten gestellt – beispielsweise die Isua-Gesteine in Westgrönland (3,7 bis 3,8 Milliarden Jahre alt), die Gesteine aus dem Minnesota River Valley und aus Nord-Michigan (3,5 bis 3,7 Milliarden Jahre alt), die Gesteine aus Swasiland (3,4 bis 3,5 Milliarden Jahre alt) oder die Gesteine aus Westaustralien (3,4 bis 3,6 Milliarden Jahre alt).
Intrusivgestein aus erkaltetem Magma
Anno 2017 hatte sich Professor O’Neill mal wieder mit seinem Team zu seinem bevorzugten Forschungsterrain aufgemacht, einem offenen Gelände an der Hudson Bay, wo sich Hase und Igel sprichwörtlich Gute Nacht sagen. Die nächstgelegene Siedlung namens Inukjuaq ist gute 30 Kilometer entfernt. In der welligen Landschaft mit vereinzelten Hügeln interessierten die Forscher vor allem die nackten Felsformationen mit ihrem dunklen, gebänderten Gestein. Denn diese Strukturen können nach Meinung von O’Neill trotz der gewaltigen geologischen Umwälzungen im Laufe der Erdgeschichte noch immer ein einzigartiges Zeugnis der ersten Momente der Erdkrusten-Bildung ablegen. Diesmal konzentrierte sich das Team auf magmatische Intrusionen (das Eindringen von fließfähigem Material in bereits existierende Gesteinskörper), die einst durch Risse in dem vulkanischen Gestein ermöglicht worden waren. Das Team untersuchte also diesmal nicht das vulkanische Basaltgestein selbst, sondern das darin eingeschlossene Intrusivgestein aus erkalteter Magma namens Metagabbro (ein durch magmatische Prozesse umgewandeltes Tiefengestein). „Diese Metagabbros durchdringen den Grünsteingürtel und liefern damit ein Minimumalter der dortigen metabasaltischen Gesteine. Sie eröffnen uns daher eine Chance, die Geochronologie des Grünsteingürtels besser einzugrenzen“, so das Team.
Die entnommenen Proben wurden umfassenden petrologischen und geochemischen Analysen in Ottawa und an der Universität Clermont-Auvergne unterzogen. Wobei sich alles in den Proben um die vergleichende Menge von verschiedenen, langlebigen wie kurzlebigen Isotopen der Elemente Samarium und Neodym drehte, vor allem um das Isotop Samarium 146 (ein silbriges und hitzebeständiges Seltenerdmetall) und die drei Neodym-Isotope 142, 143 und 144 (Neodyme zählen auch zu den Metallen der seltenen Erden). Die Isotope der beiden Elemente sind Bestandteile zweier radioaktiver Zerfallsketten, aus denen das geologische Alter von Gesteinen abgeleitet werden kann. Wobei das zentrale Fundament der Datierung der radioaktive Zerfall des Isotops Samarium 146 zum Isotop Neodym 142 darstellte. Der Anteil dieses speziellen Neodym-Isotops in einer Gesteinsprobe ermöglicht die exakte Altersangabe. Parallel dazu wurde auch noch das Verhältnis weiterer Isotope von Samarium und Neodym zueinander überprüft.
Das Ergebnis, das die Wissenschaftler im Sommer 2025 im Fachmagazin „Science“ veröffentlichten, ließ keinerlei Zweifel mehr an der Zuordnung der Proben zum Hadaikum. Vielmehr zeigten beide Uhren der Samarium-Neodym-Datierung ein Alter von 4,16 bis 4,2 Milliarden Jahren an. Woraus die Forscher den naheliegenden Schluss ziehen konnten, dass auch das umgebende Basaltgestein mindestens aus dieser Zeit stammen musste. „Die Isochrone der lang- und kurzlebigen Isotopensysteme ergeben beide nahezu identische Werte. Demnach liegt das Mindestalter der von den Intrusionen durchdrungenen Gesteine bei rund 4,16 Milliarden Jahren“, so das Team. Damit sei es nun möglich geworden, ein „seltenes Fenster in die früheste Zeit der Erde“ zu öffnen. „Seit mehr als 15 Jahren debattiert die Geologengemeinschaft über das Alter dieser Gesteine. Dies bestätigt nun den Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel als den einzigen Ort auf der Erde, wo wir noch Gesteine aus dem Hadaikum finden, den ersten 500 Millionen Jahren der Erdgeschichte“, so Professor Jonathan O’Neill.