In de oudste fase van de aardgeschiedenis (het Hadeïcum, 4,5-4,0 miljard jaar geleden) was al een aardkorst (buitenste laag van de aardbol) aanwezig, veel ouder dan gedacht. Een relatief sterke afkoeling zou hier de reden voor zijn. Dit concluderen de Amerikaan Harrison en collega’s in Earth and Planetary Science Letters door onderzoek aan zirkoonkristallen.

Hadeïcum

Het Hadeïcum, duurde van 4,5 tot 4,0 miljard jaar geleden. De naam is afgeleid van het Griekse woord ‘hades’, dat ‘hel’ betekent, en is gekozen omdat er destijds helse omstandigheden hebben geheerst. De stolling van de buitenkant van de aarde was zo gering dat het overal opspuitende magma nauwelijks meer als een vulkanisch verschijnsel is te karakteriseren: de aarde was één groot vulkanisch lichaam.

Zirkoon

Dat er al aardkorst in het Hadeïcum heeft bestaan, valt af te leiden aan de vondst van zirkoonkristallen. Ze hebben een veel hogere leeftijd (namelijk van meer dan 4 miljard jaar) dan de gesteenten waarin ze nu worden aangetroffen. Ze moeten in die jongere gesteenten terecht zijn gekomen doordat het magma waarin ze uitkristalliseerden tot een korst afkoelde die vervolgens weer vrijwel geheel opsmolt (waarbij de zirkoonkristallen echter niet alle opsmolten). Ook kan het zijn dat het magma waarin de zirkoon was begonnen uit te kristalliseren zelf later weer heter werd en geheel smolt maar bij een zo ‘lage’ temperatuur dat de zirkoonkristallen niet opnieuw opsmolten. Zo kunnen die kristallen een hogere (radiometrisch vastgestelde) ouderdom hebben dan het stollingsgesteente waarin ze nu voorkomen.

Kristalinsluitsels

Met de moderne, steeds verfijndere technieken leveren dergelijke zirkoonkristallen steeds meer informatie op over de omstandigheden die in de helse eerste fase van de aarde hebben geheerst. De ‘extra’ informatie komt vooral uit insluitsels in de kristallen. Die insluitsels zijn vaak zo klein dat er vroeger geen technieken bestonden om er alle mogelijke informatie uit te halen. Nu daartoe wel mogelijkheden zijn ontwikkeld, zijn dergelijke zirkoonkristallen uit de Jack Hills in West-Australië met diverse nieuwe technieken onderzocht, en zijn de resultaten vergeleken met astronomische gegevens voor het aardse beginstadium.

Omdat de nieuwe gegevens berusten op analyses van extreem kleine hoeveelheden (bijvoorbeeld het element hafnium), leveren de analyses vaak wel iets verschillende resultaten op. Daarbij komt dat de insluitsels in de kristallen in de extreem lange tijd sinds hun vorming iets in samenstelling kunnen zijn veranderd door diffusie (het migreren van materiaal door een vaste stof heen). De interpretatie is daarom zeer complex. Geavanceerde statistische bewerkingen bieden hierbij uitkomst.

Ouderdom aardkorst

De resultaten hiervan wijzen onder meer uit dat tussen 4,5 en 4,2 miljard jaar geleden regelmatig materiaal uit een (plaatselijke en dunne) aardkorst is opgenomen in het onderliggende magmatische materiaal (dat het beste met de huidige aardmantel kan worden vergeleken). Ook trad binnen de toen bestaande korst al recycling op. De eerste aardkorst is dus ouder dan tot nu toe werd aangenomen. Waarschijnlijk gaat het overigens “slechts” om enkele tientallen miljoenen jaren. Het onstaan van een aardkorst zou samenhangen met een afkoeling.

Het blijft niettemin verbazingwekkend dat al zo kort na het ontstaan van de aarde, toen er nog ‘helse’ omstandigheden heersten, plaatselijk al een aardkorst kon ontstaan.

Referentie:

Harrison et al., 2008. Early (>4.5 Ga) formation of terrestrial crust: Lu-Hf, ä18O, and Ti thermometry results for Hadean zircons. Earth and Planetary Science Letters 268: 476-486.