Planetologen erklären, wie die Entstehung des Mondes Wasser auf die Erde brachte

Physik-News vom 20.05.2019


Als einziger terrestrischer Planet besitzt die Erde eine große Menge an Wasser und einen relativ großen Mond, der die Erdachse stabilisiert. Beide sind essentiell, damit sich Leben auf der Erde entwickeln konnte. Planetologen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster konnten nun erstmals zeigen, dass das Wasser mit der Entstehung des Mondes vor ungefähr 4,4 Milliarden Jahren auf die Erde gekommen ist. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Die Erde ist einzigartig in unserem Sonnensystem: Als einziger terrestrischer Planet besitzt sie eine große Menge an Wasser und einen relativ großen Mond, der die Erdachse stabilisiert. Beide sind essentiell, damit sich Leben auf der Erde entwickeln konnte. Planetologen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) konnten nun erstmals zeigen, dass das Wasser mit der Entstehung des Mondes vor ungefähr 4,4 Milliarden Jahren auf die Erde gekommen ist.


Die aufgehende Erde aus Mondperspektive.

Publikation:


Gerrit Budde, Christoph Burkhardt und Thorsten Kleine
Molybdenum isotopic evidence for the late accretion of outer Solar System material to Earth
Nature Astronomy (2019)

DOI: 10.1038/s41550-019-0779-y



Der Mond bildete sich durch den Einschlag eines etwa Mars-großen Körpers – auch Theia genannt – auf der Erde. Bisher waren Experten davon ausgegangen, dass Theia im inneren Sonnensystem nahe der Erde entstanden ist. Die münsterschen Wissenschaftler können jetzt zeigen, dass Theia aus dem äußeren Sonnensystem kommt, von wo der Protoplanet große Mengen Wasser mit auf die Erde brachte. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Vom äußeren in das innere Sonnensystem

Da die Erde sich im wasserarmen inneren Sonnensystem gebildet hat, könnte man erwarten, dass sie trocken ist. Um zu verstehen, warum es dennoch Wasser auf der Erde gibt, muss man sich auf eine Reise in die Vergangenheit begeben, als das Sonnensystem vor ungefähr viereinhalb Milliarden Jahren entstanden ist. Frühere Studien haben ergeben, dass sogenannte 'kohlige' Meteorite aus dem äußeren Sonnensystem stammen, wohingegen 'nicht-kohlige' Meteorite aus dem inneren Sonnensystem kommen. Kohlige Meteorite sind relativ wasserreich und Studien haben gezeigt, dass das Wasser auf der Erde wahrscheinlich von diesen Körpern stammt.

Es war aber bisher unbekannt, wann und wie dieses kohlige Material – und damit das Wasser – auf die Erde gekommen ist. „Wir haben Molybdän-Isotope benutzt, um diese Frage zu beantworten. Die Molybdän-Isotope ermöglichen uns, kohliges und nicht-kohliges Material klar zu unterscheiden – sie stellen sozusagen einen genetischen Fingerabdruck von Material aus dem äußeren und inneren Sonnensystem dar“, erklärt Dr. Gerrit Budde vom Institut für Planetologie der WWU und Erstautor der Studie.

Die Messungen der münsterschen Planetologen zeigen, dass die Molybän-Isotopie der Erde zwischen der der kohligen und nicht-kohligen Meteorite liegt. Ein Teil des irdischen Molybdäns stammt daher aus dem äußeren Sonnensystem. Die chemischen Eigenschaften von Molybdän spielen in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle, weil sich Molybdän als Eisen-liebendes Element zum Großteil im Erdkern befindet. "Das Molybän, welches heute zugänglich ist, stammt daher aus den späten Stadien der Erdentstehung, während das Molybdän aus früheren Phasen im Erdkern ist", erklärt Dr. Christoph Burkhardt, Zweitautor der Studie. Die Ergebnisse der Wissenschaftler zeigen daher erstmals, dass kohliges Material aus dem äußeren Sonnensystem erst spät auf die Erde gekommen ist.

Die Wissenschaftler gehen aber noch einen Schritt weiter. Sie zeigen, dass der Großteil des Molybdäns im Erdmantel durch den Protoplaneten Theia geliefert wurde, dessen Kollision mit der Erde vor 4,4 Milliarden Jahren zur Entstehung des Mondes geführt hat. Da aber ein Großteil dieses Molybdäns aus dem äußeren Sonnensystem stammt, bedeutet dies, dass Theia selbst auch aus dem äußeren Sonnensystem stammt. Die Kollision reichte nach Einschätzungen der Wissenschaftler aus, um ausreichend kohliges Material auf die Erde zu bringen, das für die gesamte Menge an Wasser auf der Erde verantwortlich ist. „Unser Ansatz ist einzigartig, weil er uns erstmalig erlaubt, die Herkunft des Wassers auf der Erde mit der Entstehung des Mondes in Verbindung zu bringen. Vereinfacht könnte man sagen, ohne Mond kein Leben auf der Erde“, sagt Prof. Dr. Thorsten Kleine, Professor für Planetologie an der WWU.

Förderung

Die Arbeit entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereich/Transregio (TRR) 170 "Late accretion onto terrestrial planets" ("Spätes Wachstum erdähnlicher Planeten") und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie dem europäischen Forschungsrat (ERC, contract 616564) unterstützt.


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