Wie alt ist die Erde? 4,54 Milliarden Jahre – und wie die Wissenschaft das herausfand

Wie lange gibt es die Erde schon? Den größten Teil der Menschheitsgeschichte konnte man nur raten. Manche Berechnungen auf Grundlage alter Texte kamen auf einige Tausend Jahre. Forscher des 19. Jahrhunderts schlossen aus der Abkühlung des Planeten oder dem Salzgehalt der Meere auf Dutzende oder Hunderte Millionen Jahre. Die wahre Antwort ist weit größer: rund 4,54 Milliarden Jahre. Um sie zu finden, brauchte es eine der großen Entdeckungen der Physik – die Radioaktivität.

Die kurze Antwort: 4,54 Milliarden Jahre

Laut US Geological Survey (USGS) liegt das beste Alter der Erde bei 4,54 Milliarden Jahren, mit einer Unsicherheit von weniger als einem Prozent. Das ist etwa ein Drittel des Alters des Universums, das rund 13,8 Milliarden Jahre zählt.

So große Zahlen sind kaum vorstellbar. Hilfreich ist es, die gesamte Erdgeschichte in einen Tag zu pressen. Auf dieser Uhr tauchen erste Lebensspuren am frühen Morgen auf, Sauerstoff reichert sich gegen Mittag in der Luft an, die ersten komplexen Tiere erscheinen am Abend, Dinosaurier herrschen von etwa 22:47 bis 23:39 Uhr – und Homo sapiens taucht erst rund sechs Sekunden vor Mitternacht auf.

Warum datiert man nicht einfach das älteste Gestein?

Es klingt einfach: das älteste Gestein der Erde finden und datieren. Das Problem ist, wie der USGS erklärt, dass die Erde ein aktiver Planet ist. Plattentektonik recycelt die Kruste ständig, schiebt altes Gestein tief in den Mantel und schmilzt es, während Erosion alles abträgt, was an die Oberfläche gelangt. Die ursprüngliche Kruste der Erde ist verschwunden.

Die ältesten bisher gefundenen Gesteine sind der Acasta-Gneis im Nordwesten Kanadas mit etwa 4,03 Milliarden Jahren. Selbst sie sind nicht die erste Kruste, sondern aus älterem Material entstanden.

Hinweise in winzigen Kristallen

Zu den ältesten Zeugen der Erde zählen Körner des Minerals Zirkon, jedes kleiner als ein Sandkorn. Zirkon ist extrem widerstandsfähig und überdauert, wenn das Gestein um ihn herum verwittert. In den Jack Hills in Westaustralien fanden Geologen Zirkonkörner in jüngeren Sedimentgesteinen.

2001 berichteten Simon Wilde und Kollegen in Nature, dass einer dieser Kristalle etwa 4,4 Milliarden Jahre alt ist. Chemische Hinweise deuteten darauf hin, dass er in Gegenwart von flüssigem Wasser entstand – ein Indiz dafür, dass die Erde überraschend früh Kontinentalkruste und Ozeane hatte.

Radiometrische Datierung: Uhren im Gestein

Der Schlüssel zur Gesteinsdatierung ist der radioaktive Zerfall. Manche Elemente sind instabil: Ihre Atome wandeln sich langsam in andere Elemente um. Jedes radioaktive Isotop tut das mit fester Rate, beschrieben durch seine Halbwertszeit – die Zeit, in der die Hälfte der Atome zerfällt.

• Uran-238 zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 4,5 Milliarden Jahren zu Blei-206.
• Uran-235 zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 700 Millionen Jahren zu Blei-207.

Ein Zirkonkristall baut bei seiner Entstehung Uran ein, aber kaum Blei. Von da an reichert sich im Inneren langsam Blei an. Aus dem Verhältnis von Uran zu Blei lässt sich berechnen, wann der Kristall entstand. Weil im selben Kristall zwei Uran-„Uhren“ laufen, kann man jedes Ergebnis mit dem anderen prüfen.

Meteoriten: Überbleibsel vom Anfang

Wenn die ersten Gesteine der Erde verschwunden sind – wie kommt man auf 4,54 Milliarden Jahre? Die Antwort kommt aus dem All. Meteoriten sind Bruchstücke von Asteroiden, die gleichzeitig mit den Planeten entstanden und sich seither kaum verändert haben. Laut USGS wurden über 70 Meteoriten datiert, mit Altern zwischen 4,53 und 4,58 Milliarden Jahren.

Das genaueste Alter liefern Bleiisotope. Blei in den ältesten Erzen der Erde und in Meteoriten hat sich aus derselben Ausgangsmischung entwickelt. In den 1950er-Jahren verglich der US-Geochemiker Clair Patterson Blei aus einem Eisenmeteoriten mit irdischem Blei und kam auf rund 4,55 Milliarden Jahre – sehr nah am heutigen Wert. Bei dieser Arbeit bemerkte Patterson, wie stark Blei aus Benzin seine Proben verunreinigte, und setzte sich später erfolgreich für bleifreies Benzin ein.

Kurze Geschichte einer sehr langen Zeit

Kennt man das Alter, lassen sich große Ereignisse auf der Zeitleiste der Erde einordnen. Geologen unterteilen sie in vier große Äonen:

• Hadaikum (4,54 bis etwa 4,0 Milliarden Jahre): ein heißer, gewaltsamer junger Planet, oft von Asteroiden bombardiert. Früh in dieser Zeit entstand der Mond.
• Archaikum (4,0 bis 2,5 Milliarden Jahre): erste Kontinente und die frühesten Spuren von Leben, einfache Mikroben.
• Proterozoikum (2,5 Milliarden bis 539 Millionen Jahre): Sauerstoff reichert sich an, erste komplexe Zellen und vielzelliges Leben entstehen.
• Phanerozoikum (seit 539 Millionen Jahren): die Explosion tierischen Lebens, Pflanzen an Land, Dinosaurier, Säugetiere und schließlich der Mensch.

Warum das Alter wichtig ist

Das Alter der Erde ist mehr als eine Zahl. Es gab der Evolution die gewaltigen Zeiträume, die sie braucht, erklärte, wie Gebirge aufsteigen und wieder abgetragen werden, und zeigte, dass Erde, Mond und Meteoriten gemeinsam mit der Sonne entstanden. Kaum eine Messung hat unseren Blick auf unseren Platz im Universum stärker verändert.

Kurz gesagt

• Die Erde ist etwa 4,54 Milliarden Jahre alt, mit weniger als 1 % Unsicherheit.
• Ihre ersten Gesteine wurden durch Plattentektonik und Erosion recycelt und lassen sich nicht direkt datieren.
• Die radiometrische Datierung nutzt gleichmäßigen Zerfall, etwa Uran zu Blei, als Uhr.
• Meteoriten entstanden mit dem Sonnensystem und ergeben 4,53–4,58 Milliarden Jahre.
• Die ältesten irdischen Kristalle sind Zirkone mit rund 4,4 Milliarden Jahren, die ältesten Gesteine etwa 4,03 Milliarden.
• Auf einer 24-Stunden-Uhr erscheint der Mensch rund sechs Sekunden vor Mitternacht.