Verdampfte Erde

Vor 4,5 Milliarden Jahren kollidierte die Erde mit einem Protoplaneten (Grafik: Johannes Gerhardus Swanepoel/iStock)

Der Erdmond entstand durch eine urzeitliche Katastrophe – die Kollision der Erde mit einem Protoplaneten. Jetzt haben Forscher Indizien dafür entdeckt, dass diese Kollision sehr viel heftiger war als nach einigen Modellen angenommen. Der energiereiche Zusammenstoß muss den gesamten Protoplaneten und einen Großteil der Erde buchstäblich verdampft haben. Denn erst dies kann erklären, warum Mondgestein mehr schwere Kalium-Isotope enthält als irdische Gesteine.

Vor rund 4,5 Milliarden Jahren war unser Planet eine glühende Kugel aus zähflüssigem Magma. Sie wurde ständig von größeren und kleineren Materiebrocken aus dem umgebenden Weltraum bombardiert. Einer dieser Treffer bedeutete fast das Ende des noch jungen Planeten: Ein fast marsgroßer Protoplanet rammte die Erde und riss dabei ein gewaltiges Stück Material heraus. Die Trümmer dieser Kollision sammelten sich in einer Umlaufbahn um die Erde und bildeten nach einiger Zeit den Erdmond – soweit die gängige Theorie. Doch sie hat einen Haken: Mond und Erde sind sich zu ähnlich. Die Isotopen-Zusammensetzungen einiger Elemente, darunter Silizium, Chrom, Wolfram und Titan, sind nahezu identisch. Wenn aber der Mond zum Großteil aus den Trümmern des urzeitlichen Impaktors entstand, wie es die Theorie vorsieht, dann müssten sich diese Werte ähnlich klar unterscheiden wie zwischen der Erde und anderen Himmelskörpern im Sonnensystem. Planetenforscher suchen daher inzwischen nach einem Kollisions-Szenario, das diese rätselhaften Ähnlichkeiten von Mond und Erde erklären kann. Einige spekulieren, dass der Protoplanet eine Art "Erdzwilling" gewesen sein muss, andere versuchen, in der Art des Einschlags und der Bildung des Mondes eine Erklärung zu finden.

Anreicherung mit schwerem Kalium

Jetzt liefert eine weitere Isotopenmessung wertvolle Einblicke in das katastrophale Geschehen vor 4,5 Milliarden Jahren – und könnte eines der diskutierten Szenarien bestätigen. Kun Wang von der Harvard University und sein Kollege Stein Jacobsen haben für ihre Studie die Kalium-Isotope von vier verschiedenen irdischen Gesteinen und von sieben Mondgesteinsproben der Apollo-Missionen analysiert. Das Ergebnis: Im Mondgestein kam das schwerere Kalium-Isoton Kaliuim-41 um vier Tausendstel häufiger vor als im irdischen Gestein. "Dies ist das erste Mal, dass die Kalium-Isotopen-Signatur von verschiedenen planetaren Objekten so genau bestimmt werden konnte", konstatieren die Forscher. Und es ist einer der wenigen bisher bekannten Unterschiede zwischen Erde und Mond.

Die Anreicherung des Mondes mit schwererem Kalium liefert jedoch vor allem ein erstes Indiz dazu, welches Impakt-Szenario einst den Mond geschaffen haben könnte. Wie die Wissenschaftler erklären, kann diese Kalium-Anreicherung nur zustande kommen, wenn die Kollision von Erde und Protoplanet sehr schräg und sehr heftig verlief – so heftig, dass der Impaktor und ein Großteil der jungen Erde komplett verdampften. Die Resterde wurde dadurch in so schnelle Rotation versetzt, dass die extrem heißen Gesteinsdämpfe eine enorme, stark durchmischte Wolke im Orbit bildeten. Sie nahm einen Raum ein, der rund 500 Mal größer war als der Durchmesser der heutigen Erde, wie die Forscher erklären. Der entscheidende Prozess folgte, als sich diese Wolke abzukühlen begann: Weil schwerere Kaliumisotope unter den Bedingungen am Außenrand der Wolke früher kondensierten, reicherten sie sich in dem dort entstehenden Mond an, so das Szenario der Forscher. Der Rest des verdampften Materials kristallisierte dagegen gleichmäßiger aus und fiel nach einiger Zeit wieder auf die junge Erde zurück. Aus diesem Material entstand der Erdmantel.

Die von Wang und Jacobsen ermittelten Kalium-Werte stützen damit das Modell eines energiereichen Impakts und sprechen gegen das Konkurrenz-Szenario einer eher langsamen, energiearmen Kollision. "Unsere Ergebnisse liefern die erste harten Belege dafür, dass der Impakt die Erde tatsächlich größtenteils verdampfen ließ", sagt Wang. Denn hätte es eine langsame, weniger heftige Kollision gegeben, dann wären die Bedingungen in der Trümmerwolke andere gewesen und der Mond müsste daher heute weniger schwere Kalium-Isotope enthalten als die Erde. 

Reload-Capcha neu laden Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Rubriken

 


Harte Nuss
Rätsel: Berühmte Entdecker gesucht

 

Der Buchtipp

Eine kurzweilige Führung durch den Bienenstock mit einer erhellenden Dosis Wissenschaft – das bietet das Buch "Die Honigfabrik" von Jürgen Tautz.

Zu allen Buchtipps


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe