Poeten mögen Berge als ewig preisen, doch in der Geologie ist kaum etwas von Dauer. Kontinente kollidieren und türmen Gebirge auf, die Wasser und Wind schon bald wieder abgetragen haben. Inmitten dieses Mahlstroms aber haben tatsächlich einige Bereiche der Erdkruste seit Urzeiten standgehalten. Diese Fragmente aus dem Erdaltertum bezeichnet man als Kratone, und sie sind ebenso rätselhaft wie alt.

Forscher vermuten, dass das Geheimnis ihrer Langlebigkeit mit der besonderen Entstehungsgeschichte der Kratone zusammenhängt. Einen deutlichen Hinweis darauf fanden jetzt Huaiyu Yuan und Barbara Romanowicz vom Berkeley Seismological Laboratory in seismischen Daten des nordamerikanischen Kratons, der fast den gesamten Kontinent vom Ostrand der Rocky Mountains bis zum Gebirgszug der Appalachen einnimmt.

Die Kratone unterscheiden sich vom Rest der kontinentalen Kruste durch mehrere Besonderheiten. Ihre Lithosphäre hat eine vergleichsweise geringe Dichte und eine ungewöhnliche chemische Zusammensetzung: Die Gesteine sind charakteristisch verarmt an Elementen wie Eisen und Magnesium. Doch wie die Forscher feststellten, gilt das nur für einen Teil der Kruste, für etwa die obersten 100 Kilometer.

In dieser Tiefe nämlich fanden sie eine ausgeprägte Schichtgrenze, die sich in Veränderungen der richtungsabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen äußert, der so genannten azimutalen Anisotropie. Die Richtung dieser Anisotropie ändert sich zum Beispiel auch zwischen Lithosphäre und der darunterliegenden viskosen Asthenosphäre, deswegen kann man mit ihrer Hilfe feststellen, wie tief die feste Erdkruste unter dem Kontinent hinabreicht. Unter den Kratonen sind die Kontinente besonders dick – bis zu 200 Kilometer.

Doch die neu entdeckte Schichtgrenze ist etwas anderes, sie tritt nur im Kraton auf, liegt höchstens 150 Kilometer tief und verschwindet in den jüngeren Gesteinen der Umgebung. Die Untersuchungen zeigen, dass die untere der beiden Schichten in ihren Eigenschaften dem umliegenden jüngeren Krustenmaterial ähnelt, das nach den bekannten Mechanismen der Plattentektonik entstanden ist.

Die obere Lage des archaischen Schildes dagegen hat, darauf deuten ihre chemischen und physikalischen Besonderheiten hin, einen anderen, älteren Ursprung. Sie existierte schon, als die ersten Protokontinente Form annahmen. Das zeigt die von den Forschern gemessene Anisotropie, die sich an den Schweißnähten zwischen den frühesten archaischen Krustenteilen orientiert. Auch die Dicke der Schicht zeichnet den Verlauf eines Gebirges nach, das vor 1,8 Milliarden Jahren aufstieg, als der geologische Kern Nordamerikas nach und nach seine heutige Gestalt annahm.

Yuan und Romanowicz vermuten deswegen, dass die oberste Schicht des nordamerikanischen Kratons durch einen für den frühen, heißen Mantel typischen Prozess entstand, der Magma anderer chemischer Zusammensetzung förderte und heute nicht mehr auftritt. Später unter modernen plattentektonischen Bedingungen entstandene Kruste habe sich dann unter diesen isolierenden Schilden gesammelt und sei von ihnen am Aufstieg gehindert worden, so dass die Kratone noch heute besonders tief in den Erdmantel hineinreichen.

Die geringe Dichte der archaischen Schilde einerseits und die schiere Dicke der Erdkruste andererseits hat diese Kratone alles aussitzen lassen, was die folgenden Jahrmilliarden ihnen entgegenzusetzen hatten, und wahrscheinlich werden sie das auch in Zukunft tun. (lf)