Meteoritenstudien enthüllen Überraschungen über die Entstehung der Erde
Satellit des Space Climate Observatory (DSCOVR) am 9. Januar 2017. (Bildnachweis: NASA)
Wissenschaftler haben nun ein besseres Verständnis von drei Konzepten über die frühe Erde: Welche Rohstoffe sind vor langer Zeit zur Erde zusammengewachsen, als Wasser auf unseren Planeten gelangte und warum Erde und Mond so ähnlich zusammengesetzt sind.
Zwei Studien, die am Mittwoch (25. Januar) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, legen nahe, dass die Hauptbausteine der Erde Gesteine ähnlich sind wie Meteoriten bekannt als Enstatit-Chondriten, und dass der Planet während des Entstehungsprozesses den größten Teil seines Wassers allmählich und nicht in einem großen Ausbruch gegen Ende erhielt.
'Die in diesen Papieren präsentierten Ergebnisse führen zu der beunruhigenden Schlussfolgerung, dass die Meteoriten in unserer Sammlung keine besonders guten Beispiele für die Bausteine der Erde sind', schrieb Richard Carlson, Geochemiker an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., in a Kommentarartikel die die beiden Studien in Nature begleitete. (Carlson war an keiner der Studien beteiligt.) [ Foto-Timeline: Wie die Erde entstand ]
Wann kam Wasser auf die Erde?
Wissenschaftler wissen seit den 1970er Jahren, dass sich die Sauerstoffisotopenhäufigkeit von Erdgesteinen von denen der meisten Meteoriten unterscheidet, mit Ausnahme von Enstatit-Chondriten, schrieb Carlson. (Varianten desselben Elements mit unterschiedlich vielen Neutronen in ihren Atomkernen.)
Erdgesteine und Enstatit-Meteoriten unterscheiden sich jedoch in ihrer elementaren Zusammensetzung, daher haben die meisten Forscher Erdformationsmodelle verwendet, die auf verschiedenen Meteoriten basieren, die kohlenstoffhaltige Chondrite genannt werden und die reich an flüchtigen Bestandteilen sind (Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt wie Wasser), fügte er hinzu.
Durch die Verfolgung unterschiedlicher Isotopenhäufigkeiten in Erdgesteinen und Meteoriten kamen beide neuen Nature-Studien zu dem Schluss, dass kohlenstoffhaltige Chondrit-ähnliche Bausteine spät in der Entstehungsgeschichte der Erde nicht üblich waren.
Schnitt des Enstatit-Chondriten-Meteoriten Sahara 97096. Während seiner Entstehung akkreierte die Erde Material, das dieser Gruppe von Enstatit-Meteoriten isotopisch am ähnlichsten war. Die Abmessungen des Abschnitts betragen 10 cm x 4 cm (4 Zoll x 1,6 Zoll).(Bildnachweis: Nicolas Dauphas)
Insbesondere eine der Studien – des Geochemikers der University of Chicago Nicolas Dauphas – deutete darauf hin, dass wahrscheinlich mehrere verschiedene Meteoritentypen für die ersten 60 Prozent des Erdwachstums verantwortlich waren, während fast alle der restlichen 40 Prozent von Enstatit-Chondriten stammten.
Die zweite Studie von Mario Fischer-Gödde und Thorsten Kleine von der Universität Münster in Deutschland bestätigte diese Schlussfolgerung und zeigte, dass enstatitartige Gesteine wahrscheinlich die späte Akkretionsgeschichte der Erde dominierten.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wasser während der Entstehungsgeschichte des Planeten auf die Erde gelangte und nicht nur in einer Flut von kohlenstoffhaltigen Chondriten und / oder Kometen gegen Ende, wie einige Forscher vorgeschlagen haben, schrieb Carlson.
'Wenn die letzten 0,5 Prozent des von der Erde angesammelten Materials aus einer bestimmten Art von flüchtigen kohlenstoffhaltigen Chondriten bestanden, die als CI-Chondriten bekannt sind, wäre dem Planeten eine Wassermenge hinzugefügt worden, die der Masse der Ozeane der Erde entspricht.' er schrieb. 'Die Messungen von Fischer-Gödde und Kleine zeigen stattdessen, dass dieses späte Akkretionsmaterial aus relativ 'trockenen' Enstatit-Chondriten bestand.'
Diese Schlussfolgerung lässt jedoch immer noch eine Frage offen: Warum stimmt die Oberflächenzusammensetzung der Erde nicht mit der von Enstatit-Chondriten überein? Carlson schlug zwei mögliche Erklärungen vor: Das tiefe Innere der Erde unterscheidet sich stark von der Oberfläche (was aus verschiedenen Gründen unwahrscheinlich ist, schrieb er), oder, wie Dauphas in seinem Artikel vorschlug, wurden die Enstatit-Chondriten auf der Erdoberfläche verändert, als sich der Planet entwickelte .
Warum ist der Mond der Erde so ähnlich?
Die Studie von Dauphas gibt auch Aufschluss über die Entstehung des Mondes. Die meisten Astronomen glauben, dass vor langer Zeit ein oder mehrere marsgroße Körper in die Proto-Erde einschlugen und Material herausschleuderten, das schließlich zum Mond verschmolz.
Modelle legen nahe, dass solche riesigen Einschläge wahrscheinlich einen Mond geschaffen hätten, dessen Zusammensetzung sich von der der Erde unterschied, da die Proto-Erde und der (die) Impaktor(e) wahrscheinlich aus anderem Material bestanden hätten. Aber Messungen von Erde, Mond und Enstatit-Meteoriten 'haben fast nicht unterscheidbare Isotopenzusammensetzungen', sagt Dauphas schrieb in seinem neuen Arbeitszimmer .
Das offensichtliche Problem kann auf ältere Modelle zurückgeführt werden, die darauf hindeuten, dass eine Vielfalt von Meteoriten die Erde gebildet hat, fügte Dauphas hinzu. Seine Forschungen weisen andererseits darauf hin, dass sich die Proto-Erde und der/die mondbildende(n) Impaktor(e) wahrscheinlich in demselben „Isotopenreservoir“ gebildet haben, das von Enstatit-Chondriten dominiert wurde.
'Demnach hatte der riesige Impaktor, der den Mond bildete, wahrscheinlich eine ähnliche Isotopenzusammensetzung wie die der Erde, wodurch die Beschränkungen für Modelle der Mondentstehung gelockert wurden', schrieb Dauphas.
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