Hadaikum

Die Bezeichnung Hadaikum, englisch Hadean, leitet sich von Hades ab (altgriechisch ᾍδης oder Ἅιδης, dorisch Ἀΐδας), dem griechischen Gott der Unterwelt.

Im Hadaikum fand zunächst die Formation des Planeten Erde statt. Nach der Akkretion aus einer die junge Sonne umgebenden Scheibe von Staub und Gas entstand die Protoerde. Das Erdmaterial differenzierte sich allmählich, wobei die schwereren Elemente wie Eisen und Nickel den Erdkern bildeten, die leichten, wie Silizium und gebundener Sauerstoff, formten den anfangs noch komplett aufgeschmolzenen Erdmantel („Magma-Ozean“) und eine wahrscheinlich basaltische Erdkruste.[3]

Noch heute ist das Material des Erdinneren heiß und teilweise geschmolzen. Die Wärme stammt zu erheblichem Teil aus der Bildungsphase der Erde, in der sich die potentielle Energie der Planetesimale, aus denen die Erde sich formte, überwiegend in Wärmeenergie umwandelte (primordiale Wärme). Die dabei freigesetzte gravitative Bindungsenergie betrug insgesamt 2,49·10³² J.[4] Diese Energie entspricht der gesamten Strahlungsleistung der Sonne an 7,5 Tagen oder der Sprengkraft von 10¹⁶ = 10.000.000.000.000.000 Zar-Bomben. Der übrige Teil der Wärme im Erdinneren geht größtenteils auf die Zerfallswärme von Radionukliden zurück, hauptsächlich von Kalium-40, Thorium-232, Uran-235 und Uran-238.

Entstehung des Mondes nach der Kollisionstheorie: Nach dem Einschlag des Protoplaneten Theia auf der Erde formen Bruchstücke den Mond.

Die feste „Urkruste“ der frühen Erde wurde möglicherweise mehrfach durch Einschläge anderer Protoplaneten im Bereich der Erdbahn wieder vollständig zerstört. Nach der Kollisionstheorie der Mondentstehung beförderte der Einschlag eines etwa marsgroßen Protoplaneten, Theia genannt, viel Mantelmaterial in den Orbit, wo es den Mond bildete, damals noch in einer Entfernung von nur etwa einem Fünftel der heutigen. Er übte daher etwa 5³ = 125-fach stärkere Gezeitenkräfte aus als heute. Durch Gezeitenreibung wurde der Drehimpuls dieser Rotation in Bahndrehimpuls, hauptsächlich des Mondes, umgewandelt, sodass die Rotationsperiode der Erde abnahm (die Tage also länger wurden) und der Abstand zwischen Erde und Mond zunahm.

Im Hadaikum könnte sich, aufgrund schwerer Einschläge vielleicht auch mehrfach, die irdische Hydrosphäre gebildet haben. Die Herkunft des irdischen Wassers ist noch nicht vollständig geklärt. Hauptquellen waren einerseits Ausgasungen von Magma aus dem Erdinneren und andererseits Einschläge wasserreicher Himmelskörper, wobei Untersuchungen eher auf Objekte aus dem Asteroidengürtel als auf Kometen und transneptunische Objekte hinweisen. In Abhängigkeit von der damaligen Atmosphäre kann es auch bei hohen Temperaturen flüssiges Wasser gegeben haben, z. B. bei einer Atmosphäre mit hohem Druck und einem großen Kohlendioxidanteil, ähnlich der heutigen Atmosphäre der Venus. Die Existenz von Ozeanen im Hadaikum ist umstritten.[5] Die Leuchtkraft der jungen Sonne war den Modellrechnungen zufolge deutlich schwächer als heute (etwa 70–75 %). Demzufolge hätten die Temperaturen auch deutlich unter dem Nullpunkt liegen können, was im Archaikum jedenfalls nicht der Fall war. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Paradoxon der schwachen jungen Sonne, das sich möglicherweise über eine Atmosphäre mit hohem Kohlendioxidanteil erklären lässt.

Für das Ende des Hadaikums wird das Große Bombardement (Late Heavy Bombardement) postuliert, eine Phase, in der es zu sehr zahlreichen Einschlägen großer Meteoriten auf Erde und Mond kam, deren Spuren heute nur noch auf der Mondoberfläche erkennbar sind. Möglicherweise wurden durch die Energie der Einschläge auch damals vorhandene Ozeane komplett verdampft.[6]

Mikroskopisch kleine Zirkon-Körner, die auf 4404 Mio. Jahre und damit ins Hadaikum datiert wurden, sind die bisher ältesten auf der Erde gefundenen Minerale. Sie wurden in Westaustralien im Narryer-Gneis-Terran im Yilgarn-Kraton gefunden. Ihr Alter wird als das Kristallisationsalter der Zirkone interpretiert und ist deutlich höher als das Alter der metamorphisierten Sedimentgesteine (Metakonglomerate), in denen sie entdeckt wurden.

Das mit einem Alter von 4030 Mio. Jahren älteste Gestein der Erde entstammt dem Acasta-Gneis im Kanadischen Schild. Seine Erforschung zeigte, dass es bereits in diesem frühen Zeitalter – wenige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde – einen Ozean und zumindest eine – noch nicht kratonisierte – Festlandinsel gegeben hat. Ähnlich alt, möglicherweise mit 4280 Mio. Jahren (Datierung ist umstritten, möglicherweise nur 3800 Mio. Jahre) sogar noch älter als der Acasta-Gneis, sind die Gesteine des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels in der kanadischen Provinz Québec.[7] Aus solchen frühen Kratonen des Hadaikums könnte sich im Archaikum der hypothetische erste Superkontinent Ur gebildet haben.

Heute sind nur vier weitere Zirkone älter als 4050 Mio. Jahre bekannt, die nicht aus Westaustralien stammen. Die westaustralischen Zirkone waren möglicherweise im Hadaikum deutlich anderen Bedingungen ausgesetzt, als dies bei der übrigen Kruste der Fall war, weshalb man von ihnen möglicherweise nicht auf die allgemeinen Bedingungen der damaligen Erde schließen kann. So hatten die bis zu 400 Millionen Jahre jüngeren chinesischen Zirkone Kristallisationstemperaturen von ca. 910 °C, während die westaustralischen Zirkone meist bei ca. 690 °C und einige wenige Exemplare bei ca. 800 °C kristallisierten.[3] Auch der nachgewiesene geringe Wärmefluss bei den westaustralischen Zirkonen spricht dafür, dass diese eine für damalige Verhältnisse besondere Konstellation erfuhren, möglicherweise ähnlich einer heutigen konvergierenden Plattengrenze.[8] Das Ausgangsmaterial der westaustralischen Zirkone ist stark umstritten; insbesondere, ob diese zum Teil nicht nur aus magmatischen Gesteinen, sondern möglicherweise auch bereits aus existierenden Sedimenten entstanden, ist Teil der heutigen wissenschaftlichen Debatte. Der Beweis von damals existenten Sedimenten wäre ein starkes Indiz für eine bereits existierende Hydrosphäre mit Niederschlag und Ozeanen.[5]

Möglicherweise gibt es außerhalb der Erde weitgehend unveränderte Bruchstücke von Gesteinen der Erde aus dem Hadaikum, welche durch Meteoriteneinschläge ins All gelangten. So gibt es Indizien dafür, dass ein Teil eines bei der Mondmission Apollo 14 gefundenen Steins ursprünglich auf der Erde kristallisierte. Dies wäre mit einer Datierung von 4,0 bis 4,1 Mrd. Jahren der wahrscheinlich älteste Stein der Erde und würde eine völlig neue Sicht auf dieses Äon ermöglichen.[9]

Im Hadaikum kam es wahrscheinlich vor 4,35 Mrd. Jahren zur Entgasung der Gesteine und es entstand die erste Atmosphäre. Heutige Untersuchungen legen nahe, dass die Atmosphäre damals nicht reduzierend war.[10]

Falls das irdische Leben durch chemische Evolution entstand (und nicht entsprechend der Panspermie-Hypothese aus dem Weltall auf die Erde kam), so hat sich dieser Schritt, die Entstehung primitivster Formen von Leben („Prä-RNA-Welt“) und damit das Ende der präbiotischen Ära wahrscheinlich bereits im späten Hadaikum vollzogen.[11]

• John W. Valley, William H. Peck, Elizabeth M. King: Zircons Are Forever. In: The Outcrop for 1999. University of Wisconsin-Madison Geology Alumni Newsletter. 1999, S. 34–35 (englisch, Update von 2005 online in wisc.edu).
• Simon A. Wilde, John W. Valley, William H. Peck, Colin M. Graham: Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. In: Nature. Band 409, Nr. 6817, 11. Januar 2001, S. 175–178 (englisch, online frei verfügbar durch ucsc.edu [PDF; 202 kB]).
• Stephen Wyche, D. R. Nelson, A. Riganti: 4350–3130 Ma detrital zircons in the Southern Cross Granite-Greenstone Terrane, Western Australia: Implications for the early evolution of the Yilgarn craton. In: Australian Journal of Earth Sciences. Band 51, Nr. 1, Februar 2004, ISSN 0812-0099, S. 31–45, doi:10.1046/j.1400-0952.2003.01042.x (englisch).

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Wiktionary: Hadaikum – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Dave Smith, Brian Speer, Ben Waggoner: The Archean Eon and the Hadean. In: UCMP – University of California Museum of Paleontology. 7. Juli 2011, abgerufen am 3. September 2018 (englisch).
• Theorie: Frühe Erde war feucht und kühl. In: SPIEGEL ONLINE. 8. Mai 2005, abgerufen am 3. September 2018.

1. Kim M. Cohen et al.: International Chronostratigraphic Chart. (PDF; 355 kB) In: stratigraphy.org. International Commission on Stratigraphy, August 2012, abgerufen am 1. September 2018 (englisch).
2. Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 8., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-78200-1, S. 588.
3. Guang-Fu Xing, Xiao-Lei Wang, Yusheng Wan, Zhi-Hong Chen, Yang Jiang, Kouki Kitajima, Takayuki Ushikubo, Phillip Gopon: Diversity in early crustal evolution: 4100 Ma zircons in the Cathaysia Block of southern China. In: Scientific Reports. 4. Jahrgang, 3. Juni 2014, 5143, doi:10.1038/srep05143 (englisch).
4. Frank D. Stacey, Conrad H.B. Stacey: Gravitational energy of core evolution: implications for thermal history and geodynamo power. In: Physics of the Earth and Planetary Interiors. Band 110, Nr. 1–2, Januar 1999, ISSN 0031-9201, S. 83–93, Table 2, Model C, doi:10.1016/S0031-9201(98)00141-1 (englisch, online frei verfügbar durch mcgill.ca [PDF; 109 kB]).
5. Elizabeth Bell: Petrology: Ancient magma sources revealed. In: Nature Geoscience. Band 10, Nr. 6, Juni 2017, S. 397–398, doi:10.1038/ngeo2955 (englisch, eingeschränkte Vorschau in readcube.com).
6. Simone Marchi, W. F. Bottke, L. T. Elkins-Tanton, M. Bierhaus, K. Wünnemann, A. Morbidelli, D. A. Kring: Widespread mixing and burial of Earth’s Hadean crust by asteroid impacts. In: Nature. Band 511, Nr. 7511, 31. Juli 2014, S. 578–582, doi:10.1038/nature13539 (englisch, online frei verfügbar durch boulder.swri.edu [PDF; 4,0 MB]).
7. Jonathan O’Neil et al.: Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust. In: Science. Band 321, Nr. 5897, 26. September 2008, S. 1828–1831, doi:10.1126/science.1161925 (englisch, online frei verfügbar durch researchgate.net).
8. Michelle Hopkins, T. Mark Harrison, Craig E. Manning: Low heat flow inferred from >4 Gyr zircons suggests Hadean plate boundary interactions. In: Nature. Band 456, Nr. 7221, 27. November 2008, S. 493–496, doi:10.1038/nature07465 (englisch, online frei verfügbar durch researchgate.net).
9. This may be Earth's oldest rock—and it was collected on the moon. 25. Januar 2019, abgerufen am 28. Januar 2019 (englisch).
10. Dustin Trail, E. Bruce Watson, Nicholas D. Tailby: The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere. In: Nature. Band 480, Nr. 7375, 1. Dezember 2011, S. 79–82, doi:10.1038/nature10655 (englisch, online frei verfügbar durch wustl.edu [PDF; 199 kB]).
11. Jeffrey L. Bada: How life began on Earth: a status report. In: Earth and Planetary Science Letters. Band 226, Nr. 1–2, 2004, S. 1–15, doi:10.1016/j.epsl.2004.07.036.