Auf den ersten Blick ist diese Mikroskopaufnahme nicht von einem modernen Kunstwerk zu unterscheiden, doch in ihr steckt weit mehr als bloß ein schöner Anblick. Dieser Gesteinsdünnschliff ist eine Probe des frühen Erdmantels und stammt aus dem Mittelatlantischen Rücken, einer Nahtstelle der Erdkruste, die sich einmal längst durch den gesamten Atlantik zieht. An diesem mittelozanischen Rücken weichen die Ozeanplatten auseinander und heiße Gesteinsschmelze aus dem Erdmantel dringt an die Oberfläche.
An zwei Stellen des Mittelatlantischen Rücken, einmal im hohen Norden und einmal weit im Süden, hat ein Team um Suzanne Birner vom Berea College in Kentucky, Proben von altem Mantelgestein vom Meeresgrund entnommen und analysiert. Die Gesteinsproben erweisen sich als etwa 2,5 Milliarden Jahre alt und wurden somit im Archaikum geformt, einem geologischen Zeitalter, das zwischen 2,5 und 4 Milliarden Jahre her ist.
Unter kreuzpolarisiertem Licht ergibt sich ein buntes Mosaik, wie hier zu sehen. Es wird von den verschiedenen in der Probe enthaltenen Mineralen und Kristallformen erzeugt. Dies hilft dabei, die mineralische Zusammensetzung von Gesteinsproben zu bestimmen. Auch welche Umwelteinflüsse wie beispielsweise Hitze und Druck auf das Gestein einwirkten, lässt sich an charakteristischen Umformungen der Kristallstruktur erkennen.
Vor allem die chemische Zusammensetzung des Gesteins ließ Birner und ihre Kollegen staunen: Die Probe wies ein etwa 10.000-mal geringeres Oxidationsniveau auf als jüngere Teile des Erdmantels. Oxidation ist, vereinfacht gesagt, die Abgabe von Elektronen bei einer chemischen Reaktion. Wenn Metalle oxidieren, entstehen Metalloxide wie beispielsweise Rost, der nichts anderes als Eisenoxid ist. Die Forschenden analysierten nun eben diesen Oxidationsgrad. Dabei stellten sie fest, dass das untersuchte Mantelgestein trotz seines hohen Alters den erstaunlich geringen Oxidationsgrad über Jahrmilliarden unverändert beibehalten hat.
Dieses Resultat widerspricht Annahmen, nach denen dynamische, sich verändernde Prozesse im Erdmantel längst alles alte Mantelmaterial stark verändert haben müssen. Ursprüngliche, unveränderte Proben aus dem Archaikum dürften daher kaum erhalten sein. Dennoch scheint dies der Fall, wie die Proben von Birner und ihre Kollegen nahelegen.
Eine mögliche Erklärung ist simpler als gedacht: Vor 2,5 Milliarden Jahren war der Erdmantel zwischen 200 und 300 Grad heißer als heute. Die größere Hitze führte dazu, dass einige Bestandteile des Erdmantels viel stärker schmolzen als es im heutigen Erdmantel möglich ist. Diese Hitze – und nicht etwa eine fundamental andere Zusammensetzung des frühen Erdmantels – verhinderte eine stärkere Oxidation, wie die Forschenden erklären.
Gleichzeitig bewahrte diese große Anfangshitze das Gestein später vor weiteren geothermischen Veränderungen – das sich abkühlende Mantelgestein konnte seine Struktur nicht mehr signifikant umformen. Dadurch existiert es noch genauso, wie es im Archaikum geformt wurde. „Dies eröffnet die Möglichkeit, solche Proben als authentische Zeitkapseln des Archaikums zu betrachten“, sagt Co-Autorin Elizabeth Cottrell vom Smithsonian National Museum of Natural History in Washington DC.
