Wie alt Gesteine sind

Winzige Zirkonkristalle aus Westaustralien sind etwa 4.4 Milliarden Jahre alt, älter als jedes vollständige Gestein, das auf der Erde gefunden wurde.

Geologen beantworten zwei verschiedene Altersfragen. Welches dieser Gesteine ist älter? Das klärt die relative Datierung anhand der Schichtenfolge und der Fossilien darin. Wie viele Jahre alt ist dieses Gestein? Das klärt die absolute Datierung anhand des gleichmäßigen Zerfalls radioaktiver Atome. Die beiden Methoden entwickelten sich unabhängig voneinander und überprüfen sich heute gegenseitig.

Unten älter, oben jünger

Sedimentgesteine entstehen Teilchen für Teilchen und Schicht für Schicht, wobei jede Schicht auf der vorherigen abgelagert wird. In einer ungestörten Schichtenfolge muss deshalb jede Schicht älter sein als die darüberliegenden. Der USGS nennt das das Überlagerungsprinzip. Fossilien liefern einen zweiten Hinweis. Ende der 1700er- und Anfang der 1800er-Jahre fanden der englische Kanalbauingenieur William Smith und die französischen Wissenschaftler Georges Cuvier und Alexandre Brongniart heraus, dass gleich alte Gesteine auch über große Entfernungen dieselben Fossilarten enthalten. Smith sagte damit voraus, welche Gesteine unter den Hügeln lagen, die seine Kanäle durchqueren mussten. Geologen erkannten so gleich alte Gesteine auf beiden Seiten des Ärmelkanals. Der Gedanke dahinter heißt heute Prinzip der Fossilabfolge.

Uhren in Mineralen

Das Überlagerungsprinzip zeigt, welche Schicht älter ist, aber nicht um wie viel. Für Altersangaben in Jahren nutzen Geologen die radiometrische Datierung. Manche Elemente in Gesteinen und Mineralen besitzen radioaktive Isotope, die mit fester Rate zu stabilen Isotopen anderer Elemente zerfallen. Die für die ältesten Gesteine verwendeten Isotope haben Halbwertszeiten von etwa 700 Millionen bis über 100 Milliarden Jahren (USGS). Misst man, wie viel des ursprünglichen Isotops übrig ist und wie viel Zerfallsprodukt sich angesammelt hat, ergibt sich die Zeit seit der Mineralbildung. Genau genommen erfasst die Methode den letzten Zeitpunkt, zu dem das Gestein schmolz oder so stark verändert wurde, dass seine radioaktive Datierungsuhr zurückgesetzt wurde.

Eine Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte der radioaktiven Atome zerfällt. Nach einer Halbwertszeit bleibt die Hälfte, nach zwei ein Viertel, nach drei ein Achtel. Entscheidend ist nicht die Ausgangsmenge, sondern nur das Verhältnis zwischen verbliebenem Isotop und entstandenem Produkt. Deshalb funktioniert die Uhr selbst bei einem Kristall, der viel zu klein ist, um ihn von Hand zu wiegen.

Die ältesten Dinge auf der Erde

Die Zahlen stammen vom USGS. Ga steht für Milliarden Jahre vor heute. Auf jedem Kontinent gibt es über 3.5 Milliarden Jahre alte Gesteine, doch keines davon gehört zur allerersten Erdkruste. Es sind Lavaströme und im Flachwasser abgelagerte Sedimente. Die Erde hatte also bereits eine Vorgeschichte, als sie entstanden. Um das Alter der Erde selbst zu ermitteln, betrachten Forschende Erde und Meteoriten als Teile eines Systems. Sie verfolgen, wie sich das Verhältnis von Blei-207 zu Blei-206 durch den Zerfall von Uran verändert hat. Daraus ergeben sich 4.54 Milliarden Jahre.