Globale Kreisläufe der volatilen Elementen auf der frühen Erde

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lena Noack
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404674808

Während wir für die Erde einen wahren Reichtum an Informationen besitzen für geologische Prozesse, die sich heute im Inneren und auf der Oberfläche abspielen, sind Daten über die frühe Evolution der Erde sehr selten. Abgesehen von einigen Zirkoneinschlüssen, welche aus dem Hadaikum stammen, sind die ersten Gesteinsproben erst aus dem Ende des Eoarchaikums und des Archaikums zu finden. Diese Gesteinsproben erlauben interessante einzelne Aufschlüsse über die Oberfläche der frühen Erde, sind aber nur einige Teile eines viel größeren Puzzles, das wir noch lösen müssen, um erklären zu können, warum sich die Erde zu diesem einzigartigen, bewohnbaren Planeten entwickelt hat. Eine der Fragen, die noch nicht ausreichend beantwortet werden konnte, ist ob volatile Elemente auch vor dem Einsetzen der Plattentektonik von der Oberfläche in den oberen Mantel transportiert werden konnten. Aufschmelzen von recycelter, hydrierter Kruste wird für die Erklärung der chemischen Zusammensetzung der Kruste der früheren Erde benötigt. Andererseits ist es nicht klar wie repräsentativ die noch existierende archaische Kruste ist. Geologische Messungen können daher nur korrekt und in einem globalen Kontext interpretiert werden, wenn sie mit einem allgemeinen Verständnis der Prozesse, die sich auf der frühen Erde abgespielt haben könnten, kombiniert werden. Das kann durch den Einsatz numerischer Methoden erreicht werden, welche den geologischen Datensatz bestätigen und ergänzen können, und dadurch die Vielfalt möglicher Evolutionsszenarien der frühen Erde einschränken können. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir ein thermo-chemisches Modell des Erdmantels, der Lithosphäre und der Kruste erweitern mit einem Modell der Zyklen vom Inneren an die Oberfläche und zurück für verschiedene volatile Elemente (hauptsächlich H, C, und N, welche Treibhausgase bilden, aber auch Edelgase Xe, Ar und Ne). Die Kreisläufe beinhalten Ausgasung, Kondensation und Krustenrecycling der volatilen Elemente. Wir werden dann unsere Modellvorhersagen für die Entwicklung der volatilen Elemente mit geologischen Daten für die frühe Erde vergleichen. Dieser Modellansatz erlaubt es uns, die Evolution der Reservoire und Isotopenverhältnisse über die Zeit zu untersuchen. Mit einer Monte-Carlo Methode werden wir unterschiedlichste Evolutionsszenarien für die frühe Erde seit der Entstehung des Monds mit zufällig gewählten thermischen und chemischen Anfangsbedingungen modellieren. Die damit erhaltenen Evolutionsszenarien können dann mit den Felddaten verglichen werden (vor Allem bezüglich der Edelgas-Isotopen-Verhältnisse). Randbedingungen für die Evolutionsmodelle aus dem archaischen geologischen Datensatz können damit auch helfen, Rückschlüsse auf die früheste Evolution der Erde zu erhalten, für welche es keine geologischen Daten gibt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth