Wer die Lavaströme heutiger Vulkane beobachtet, erhält nur einen schwachen Eindruck von der vulkanischen Aktivität in der Frühzeit der Erde. Während des Archaikums, also vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren, war unser Planet ein heißer und ziemlich ungemütlicher Ort, und seine Feuerberge spien eine dünnflüssige und viel heißere Lava als heute.

»Stellen Sie sich einen Lavafluss wie auf Hawaii vor, aber so heiß, dass er nicht rot, sondern weiß glühend war«, sagt Esteban Gazel von der Virginia Tech. »Und diese Lava ergoss sich über einen Planeten, der mehr an die Venus als an unsere heutige Erde erinnerte.« Gazel ist Leiter eines Geologenteams, das sich auf die Suche nach Spuren solch urzeitlicher Höllenfeuer gemacht hat.

In Costa Rica wurden die Forscher fündig. In der erstarrten Lava einer Formation namens Tortuga-Suite stießen sie auf Hinweise darauf, dass hier einst Komatiit entstand – ein Gestein, das sich nur aus der sehr heißen Lava der frühen Erde gebildet haben kann. So zumindest die bisherige Lehrmeinung: Vor etwa 2,5 Milliarden Jahren sollten demnach die letzten Komatiite entstanden sein.

Die Botschaft des Magnesiums

Doch der Fund der Arbeitsgruppe um Gazel sagt etwas anderes. Tatsächlich sind die Gesteine der Tortuga-Suite nämlich deutlich jüngeren Ursprungs: Geologen datieren sie auf etwa 89 Millionen Jahre. Trotzdem weist die erstarrte Lava einen hohen Anteil an Magnesium auf – ein Indiz dafür, dass sich hier Komatiit bildete.

»Wir wissen aus experimentellen Studien, dass der Magnesiumgehalt von Basalten und Komatiiten von der ursprünglichen Temperatur der Gesteinsschmelze abhängt«, so Gazel. »Je höher die Temperatur, desto höher der Magnesiumanteil.« Im Fall der Tortuga-Suite muss das Magma, das aus dem Erdmantel nach oben stieg, etwa 1600 Grad Celsius heiß gewesen sein – 400 Grad heißer als die mutmaßliche Durchschnittstemperatur im modernen Erdmantel.

Dass die Lava, die sich hier vor knapp 90 Millionen Jahren über die Erdoberfläche ergoss, dem Höllenfeuer des Archaikums ähnelte, machen die Forscher noch an einem weiteren Indiz fest: Olivin- und Spinellkristalle im Lavagestein weisen einen hohen Anteil an Aluminium und Chrom auf. »Bei hohen Temperaturen nimmt Olivin mehr Aluminium in seine Struktur auf, Spinell mehr Chrom«, erläutert Gazel. »Weiß man, wie viel dieser Elemente in jedem der Minerale enthalten ist, so lässt sich die Temperatur ermitteln, bei der sie kristallisierten.«

Extreme Hitze aus extremer Tiefe?

Die Lava der Tortuga-Suite stammt nach Meinung der Forscher aus einer noch heute aktiven Magmakammer unter den Galapagosinseln – einem so genannten Hotspot, an dem glutflüssiges Gestein aus dem tieferen Erdmantel an die Oberfläche tritt. Geologen bezeichnen solche Phänomene auch als »Mantelplume«. Dass solche Hotspots derart heiße Lava hervorbringen können, war bislang allerdings nicht bekannt.

»Faszinierend an der Untersuchung ist die Erkenntnis, dass unser Planet noch immer Lava hervorbringen kann, die so heiß ist wie zu Zeiten des Archaikums«, so Gazel. »Auf Basis unserer Ergebnisse gehen wir davon aus, dass Mantelplumes eine tiefe und heiße Region des Erdmantels anzapfen können, die sich seit dem archaischen Zeitalter kaum abgekühlt hat.« Wahrscheinlich verdanke sie ihre Wärme der Hitze des kristallisierenden Erdkerns.

Für die Forscher öffnet sich durch diese bis heute andauernden geologischen Prozesse ein faszinierendes Fenster in eine längst vergangene Erdepoche. Noch einmal Esteban Gazel: »Dieser Gesteinsverband bietet enorme Möglichkeiten zur Beantwortung von Schlüsselfragen zum Wachstum der Erde, ihrer thermalen Evolution und den geochemischen Botschaften, die über Mantelplumes an die Oberfläche unseres Planeten gebracht werden.«