Zirkonkristalle können wie eine Zeitkapsel hunderte Millionen Jahre alte Lebensspuren in Form von biogenem Kohlenstoff bewahren. Geowissenschaftlern der Universität Heidelberg ist es mit neuen Methoden gelungen, sehr alte und seltene Exemplare des Minerals Zirkon aufzuspüren, die Graphiteinschlüsse beherbergen, in denen leichter Kohlenstoff als Überbleibsel früheren Lebens nachweisbar ist.
Dies eröffnet den Forschern zufolge neue Möglichkeiten für die Erforschung der Frühzeit unseres Planeten, aus der weder Fossilien noch Sedimente in ihrer ursprünglichen Form erhalten sind.
Zirkon-Mineralkörner bilden sich aus Magma, dh geschmolzenem Gestein, in einer extrem heißen und an sich feindlichen Umgebung. Dabei wurden erhitzte Reste von Organismen in Kohlendioxid und Methangase umgewandelt und bei etwa 700°C als Graphit im Mineral Zirkon abgelagert.
„Die besondere Isotopensignatur des biogenen Kohlenstoffs bleibt in den meisten Einschlüssen weitgehend erhalten und hinterlässt eine Art Fingerabdruck früherer Lebensformen“, erklärt der Erstautor der Studie, Dr. Manfred Vogt vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg.
Die Messungen seien äußerst anspruchsvoll, betonen die Forscher. Zunächst müssen in Zirkonkristallen intakte Graphiteinschlüsse gefunden und identifiziert werden, manche nur wenige Mikrometer groß und damit hundertmal feiner als ein menschliches Haar. Um eine Kontamination mit Kohlenstoff aus der Umgebung auszuschließen, werden mittels zerstörungsfreier Raman-Mikrospektroskopie die in den Zirkonen vorhandenen verkapselten Einschlüsse untersucht. Als nächstes werden die Zirkone mit einem Ionenstrahl beschossen, um die Graphiteinschlüsse freizulegen, damit ihre Kohlenstoffisotopenzusammensetzung analysiert werden kann.
„Bei diesem Verfahren können wir nur wenige Nanometer dicke Kohlenstoffschichten abtragen und einzeln vermessen und erhalten so viele Datenpunkte für einen einzelnen Einschluss, um mögliche Variationen zu erkennen“, erklärt Dr. Winfried Schwarz, Teilnehmer der Studie. Die Forschungsergebnisse wurden in veröffentlicht Geochimica und Cosmochimica Acta.
Zirkone gehören zu den ältesten Mineralien der Erde, einige älter als vier Milliarden Jahre. „Sie können uns etwas über weit über 96 % der Erdgeschichte lehren. In den ersten hundert Millionen Jahren stellen diese Kristalle die einzigen bekannten Aufzeichnungen dar, die Informationen über sehr frühe Zustände auf dem Planeten enthalten. Einschlüsse in diesen ältesten Zirkonen haben bereits gezeigt, dass Wasser und Ozeane gab es auf der Erde ebenso wie Bewegungen der Kontinentalplatten“, erklärt Dr. Vogt.
Mehr Informationen:
Manfred Vogt et al, Graphitische Einschlüsse in Zirkon aus Granit vom S-Typ des frühen Phanerozoikums: Implikationen für die Erhaltung von Biosignaturen aus dem Hadaikum, Geochimica und Cosmochimica Acta (2023). DOI: 10.1016/j.gca.2023.03.022