Eine künstlerische Darstellung der Erde kurz nach ihrer Entstehung – Kometeneinschläge haben die Oberfläche aufgebrochen. ©Simone Marchi/Nature

Das erste Zeitalter der Erdgeschichte war eine unruhige Epoche. "Hadaikum" nennen die Forscher diesen Äon, abgeleitet von Hades, dem Herrscher der Unterwelt in der griechischen Mythologie. Ein passender Name: Die junge Erde war vor 4,5 Milliarden Jahren noch kein blauer, lebensfreundlicher Planet, sondern eine glühende Hölle, gepeinigt von zahlreichen Einschlägen großer Himmelskörper mit teilweise mehreren hundert Kilometern Durchmesser. Diese Katastrophen haben die Kruste unseres Planeten immer wieder umgepflügt, ließen die gerade entstehenden Ozeane immer wieder verdampfen und haben die Oberfläche mehrfach fast vollständig sterilisiert.

Für die ersten Lebensformen war es also nicht einfach, Fuß zu fassen. "Das im Hadaikum entstehende Leben musste hohe Temperaturen aushalten können – und es musste sich von einigen wenigen stabilen ökologischen Nischen aus immer wieder aufs Neue ausbreiten", schreiben der Planetenforscher Simone Marchi vom Southwest Research Institute in Boulder und seine Kollegen. Im Fachblatt Nature präsentiert das Team nun ein Modell des ersten Erdzeitalters, das erstmals einen detaillierten Einblick in die damals herrschenden Bedingungen auf unserem Planeten gibt. (Marchi et al., 2014)

"Die Größe und die genauen Zeitpunkte der Einschläge auf der jungen Erde sind bislang unbekannt", sagen die Wissenschaftler. "Deshalb haben wir ein neues Modell des Großen Bombardements für das irdische Hadaikum entwickelt." Als Wegweiser in die Frühgeschichte der Erde diente dem Forscherteam der Mond. Da der Erdtrabant keine Atmosphäre und damit auch keine Verwitterung besitzt, hat seine Oberfläche bis heute die Spuren der Einschläge über seine gesamte Geschichte von der Entstehung bis heute bewahrt. Aus den Kraterzahlen haben Marchi und seine Kollegen den Zustrom von Himmelskörpern in der Zeit vor 4,5 bis 3,5 Milliarden Jahren rekonstruiert.

Dieser Zeitraum beginnt mit einem besonders großen Knall, dem Zusammenstoß der Protoerde mit einem marsgroßen Protoplaneten. Aus den ins All katapultierten Trümmern dieser Katastrophe hat sich der Mond geformt. Erst danach konnte die Erde sich endgültig verfestigen – doch weitere Einschläge störten diesen Prozess immer wieder. Es sollte sogar noch einmal richtig heftig werden. Denn im Sonnensystem herrschte noch Unordnung – die jungen Planeten hatten ihre endgültigen Umlaufbahnen noch nicht gefunden. So wanderten die Gasriesen Jupiter und Saturn im Verlauf mehrerer hundert Millionen Jahre langsam nach innen. Bis es vor 4,1 Milliarden Jahren zu einer Resonanz kam: Die Umlaufzeiten der beiden Planeten standen exakt im Verhältnis 2:1, damit schaukelten sich die gegenseitigen Störungen ihrer Orbits auf.

Das Bombardement war gewaltig

Rasante Bahnänderungen waren die Folge – die ihrerseits zahlreiche Asteroiden aus ihren Umlaufbahnen zwischen Mars und Jupiter heraus in das innere Sonnensystem warfen. Es folgte das Große Bombardement der inneren Planeten einschließlich Erde und Mond, das etwa vor vier Milliarden Jahren seinen Höhepunkt erreichte. Das Modell von Marchi und seinen Kollegen zeigt, wie gewaltig dieses Bombardement tatsächlich war. Dazu verwendeten die Forscher nicht nur die bislang besten Kraterzählungen und -datierungen, sie berücksichtigten außerdem die Größenverteilung der Asteroiden im Sonnensystem und die Häufigkeit bestimmter Elemente im Erdmantel.

Das Modell des Hadaikums, das all diese Daten am besten reproduziert, liefert zugleich den bislang besten Einblick in den Verlauf des Großen Bombardements. Insgesamt schlugen danach weitere ein bis vier Himmelskörper mit Durchmessern von mehr als 1.000 Kilometern sowie drei bis sieben Asteroiden mit Durchmessern zwischen 500 und 1.000 Kilometern auf der jungen Erde ein.

"Kein größerer Bereich der Erdoberfläche blieb von diesen Einschlägen unberührt", sagen die Wissenschaftler. Die Katastrophen führten mehrfach zu einer nahezu vollständigen Erneuerung der Erdkruste durch das Absinken und die Vermischung des geschmolzenen Gesteins. Erst gegen Ende der unruhigen Phase konnten deshalb erste einzellige Lebensformen mühsam auf der Erde Fuß fassen. Der Geochemiker Matthias Willbold von der University of Manchester sieht in der Arbeit von Marchi und seinem Team "ein wichtiges Puzzlestück  in der Erforschung der frühen Erdgeschichte." Es werde dabei helfen, die Prozesse, welche die Erde zu einem blauen Planeten gemacht haben, besser zu verstehen.