Von Robert Walgate und Günter Haaf

Wie alt ist die Erde? Und wie entstand unsere Heimat im All? Auf die erste der beiden Urfragen der Erdwissenschaften gibt es seit geraumer Zeit eine Antwort: Der Planet ist rund 4,6 Milliarden Jahre alt.

Nun haben Geologen aus Frankreich, Japan und den Vereinigten Staaten mit detektivischem Spürsinn und mit dem gleichen physikalischen Trick, der die exakte Bestimmung des Erdalters ermöglicht, neue Erkenntnisse über die Entstehung der Erde gewonnen: nicht auf einen Schlag, sondern in zwei Schüben.

Das Vertrauen der Erdwissenschaftler in die Verläßlichkeit ihrer Erkenntnisse über ein so weit zurückliegendes Ereignis basiert auf der universellen Gültigkeit jener physikalischen Gesetze, die den radioaktiven Zerfall chemischer Elemente regeln. Chemische Elemente setzen sich aus Atomen verschiedener Masse zusammen; die Atome eines Elements mit gleichem "Atomgewicht" heißen Isotope. Instabile, also radioaktive Isotope zerfallen in exakt berechenbaren Zeiträumen. Und jedes radioaktive Isotop befolgt dabei einen typischen, unverwechselbaren Rhythmus, den Physiker "Halbwertszeit" nennen: Jeweils die Hälfte einer beliebigen Menge eines instabilen Isotops zerfällt in einer genau bestimmten Zeitspanne (bei Plutonium mit dem Atomgewicht 244, kurz Plutonium-244, beträgt die Halbwertszeit 82 Millionen Jahre; von einem Kilogramm sind nach dieser Zeit noch 500 Gramm übrig, nach weiteren 82 Millionen Jahren noch 250 Gramm und so weiter).

Neben den diversen Halbwertszeiten kennen die Physiker heute auch die Zerfallsreihen, also den Weg eines Atomkerns vom instabilen Isotop über radioaktive Zwischenprodukte bis hin zum stabilen Endprodukt, der "Asche" des radioaktiven Zerfalls. Beide Erkenntnisse ermöglichen, das Alter etwa von Gesteinen nach deren Isotopen-Zusammensetzung zu berechnen – ein im Fachjargon "radiologische Uhr" genanntes Verfahren.

Eine neuartige radiologische Uhr, die sogenannte Xenon-Datierung, eröffnete jetzt unerwartete Einblicke in Vorgänge während der Geburt unseres Planeten: Zuerst formierte sich der innere Kern, dann – mit deutlichem zeitlichen Abstand – der äußere Mantel; beide Teile haben sich seitdem nur sehr wenig vermischt.

Solche überraschende Schlüsse ziehen der amerikanische Geophysiker Frank Podosek von der Washington-Universität in St. Louis, Missouri, und seine beiden japanischen Kollegen M. Ozima und G. Igarashi von der Universität Tokio in einem Bericht im britischen Fachblatt Nature vom 6. Juni. Das Forschertrio baut seine Aussagen unter anderem auf die Ergebnisse einer sorgfältigen Untersuchung des seltenen Edelgases Xenon, das einem Bohrloch im amerikanischen Bundesstaat New Mexico entströmt.