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Astronomie+Physik Erde+Klima

Neues zum Ursprung des Erdwassers

Stück eine Enstatit-Chondrit-Meteoriten, in dem die Forscher überraschend viel Wasserstoff nachgewiesen haben. (Bild: L. Piani, Museum für Naturgeschichte in Paris)

Woher stammt der Wasserschatz unseres Planeten? Möglicherweise haben doch nicht nur Kometen aus der Ferne das Wasser nachträglich geliefert, legen neue Studienergebnisse nahe: Das kostbare Nass könnte entgegen bisheriger Annahme auch zu einem Großteil aus dem gleichen Material stammen, das zur Bildung der Erde geführt hat. Dies geht aus dem Nachweis von überraschend hohen Wasserstoffgehalten in seltenen Meteoriten hervor, die der Substanz entsprechen, die bei der Entstehung unseres Planeten im inneren Sonnensystem vorhanden war.

Es ist das Markenzeichen unseres blauen Planeten und das Elixier des Lebens – vor dem Hintergrund der Bedeutung des Wassers erscheinen Unklarheiten über seinen Ursprung fast verwunderlich. Doch gängige Modelle zur Bildung des Sonnensystems sorgen für Ungereimtheiten: Ihnen zufolge müsste die Erde eigentlich trocken sein. Denn man ging bisher davon aus, dass das Bildungsmaterial der inneren Planeten einschließlich der Erde durch die Nähe zur Sonne zu heiß war, um größere Mengen Wasser zu enthalten. Nur die Planeten und Himmelskörper des äußeren Sonnensystems entstanden aus Material, das Wasser in der Form von Eis enthielt. So ging man bisher davon aus, dass der größte Teil des Wassers erst nach der Erdentstehung dem Planeten zugeführt wurde, und zwar durch Meteoriten und Kometen, die aus den kühleren äußeren Bereichen des Sonnensystems zur Erde gelangt sind. Doch auch dieser Erklärungsansatz wirft nach wie vor Fragen auf.

Woher kam der blaue Schatz?

Doch auch dieser Erklärungsansatz wirft nach wie vor Fragen auf. Er basiert auf der Grundannahme, dass das ursprüngliche Baumaterial der Erde tatsächlich sehr trocken war. Bisher wurde dies aber nicht klar nachgewiesen. Als repräsentativ für die Ursprungssubstanz gilt in diesem Zusammenhang das Material sehr seltener Meteoriten, die nur etwa zwei Prozent der Stücke in den weltweiten Sammlungen ausmachen: Die sogenannten Enstatit-Chondrite (EC-Meteorite) besitzen Isotopensignaturen bestimmter Elemente, die der des irdischen Materials entsprechen. Man nimmt deshalb an, dass ihre Zusammensetzung der Substanz entspricht, die zum Bildungsmaterial unseres Planeten in der Jugend des Sonnensystems wurde.

Doch bisher gab es Schwierigkeiten, den ursprünglichen Wassergehalt der Enstatit-Chondriten zu ermitteln. „Enstatit-Chondrite galten gemeinhin als ‚trocken‘ und diese häufig bekräftigte Annahme hat wahrscheinlich verhindert, dass Anstrengungen zur Analyse des Wasserstoffgehalts unternommen wurden“, sagt Erstautorin Laurette Piani von der Universität der Lorraine in Vandœuvre-lès-Nancy . Doch sie und ihre Kollegen haben sich der Aufgabe nun gewidmet. „Es gibt nur wenige unberührte Enstatit-Chondrite – solche, die weder auf ihrem Asteroiden noch auf der Erde verändert wurden. In unserer Studie haben wir das Probematerial sorgfältig ausgewählt und ein spezielles Analyseverfahren angewandt, um eine Verzerrung durch den Eintrag von terrestrischem Wasser zu vermeiden“, erklärt Piani. Konkret untersuchten sie Material aus 13 Enstatit-Chondriten durch Verfahren der Massenspektrometrie, um den Gehalt und die Zusammensetzung der kleinen Wassermengen in den Meteoriten genau zu erfassen.

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Wasserreicher als gedacht

So konnten die Forscher zeigen, dass die Enstatit-Chondrite deutlich mehr Wasserstoff enthalten als bisher angenommen. Aus Hochrechnungen und Modellierungen der Entstehung der Erde ging anschließend hervor, dass Enstatit-Chondriten-ähnliche Materialien genügend Wasserstoff an die wachsende Protoerde geliefert haben könnten, um mindestens die dreifache Menge an Wasser in den heutigen Ozeanen der Erde zu bilden.

Auch weitere Ergebnisse passen ins Bild, berichten die Wissenschaftler: Es war bereits bekannt, dass Enstatit-Chondrite ähnliche Sauerstoff-, Titan- und Kalzium-Isotope wie irdisches Material besitzen – die Studie zeigt nun, dass die Wasserstoff- und Stickstoff-Isotope ebenfalls denen der Erde ähnlich sind. „Wenn Enstatit-Chondrite tatsächlich die Bausteine unseres Planeten waren – was ihre ähnliche Isotopenzusammensetzung nahe legt – dann bedeutet dieses Ergebnis, dass diese Art von Chondriten der Erde genug Wasser geliefert haben könnten, um den Ursprung des irdischen Wassers zu erklären“, resümiert Co-Autor Lionel Vacher von der Washington University in St. Louis.

Wann der für den späteren Wasserschatz relevante Materialzustrom erfolgte, können die Forscher bisher nicht sagen. Ihnen zufolge muss er aber recht spät im Rahmen der Erdentstehung erfolgt sein, damit der noch junge und heiße Planet die flüchtige Substanz halten konnte. Auch Anne Peslier vom Johnson Space Center der NASA in Houston sieht in den Ergebnissen einen wichtigen Beitrag zur Erforschung des Ursprungs des Erdwassers. Sie schreibt in einem Kommentar zur Studie: „Die Arbeit der Wissenschaftler bringt nun ein wichtiges Element in die Diskussion: Vielleicht stammte das Wasser einfach aus dem gleichen Materie-Nebel, aus dem die Erde entstanden ist“.

Quelle: Washington University, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.aba1948

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