Wie die Erde zu ihren Meeren kam

ASTRONOMIE ⋅ Ein für uns unvorstellbarer Einschlag eines Himmelskörpers von der Grösse des Mars mischte vor 4,5 Milliarden Jahren die Ur-Erde mitsamt ihrem Wasser auf. Dabei entstanden Mond und Meere.
08. April 2018, 11:42

Roland Knauer

Ihre Weltmeere und der Mond unterscheiden die Erde klar von den anderen Planeten, die um die Sonne kreisen: Kein einziger der erdähnlichen Planeten hat auf seiner Oberfläche auch nur annähernd so riesige Wassermengen wie der Globus. Und beim Vergleich zwischen der Grösse eines Planeten mit der seiner Begleiter entpuppt sich der Mond unserer Erde als Gigant.

Untersuchen Forscher das Gestein, das die Apollo-Astronauten zwischen 1969 und 1972 von ihren Mondlandungen mitbrachten, und irdisches Material, zeigen praktisch alle Ergebnisse, dass der Mond bei einem unvorstellbaren Aufprall eines «Theia» genannten Himmelskörpers von der Grösse des Mars auf der Ur-Erde entstanden sein muss. Diese Kollision beleuchten Richard Greenwood von der Open University im englischen Milton Keynes und seine Kollegen jetzt genauer – mit einer weiteren Analyse dieser Gesteine in der Online-Zeitschrift Science Advances: Anscheinend mischten sich die Bestandteile von Theia und Ur-Erde bei der Kollision gründlich, und das bereits vorhandene Wasser blieb der Erde erhalten.

Brachten frühe Eis-Kometen das Wasser auf die Erde?

«Das stützt einen Trend, der sich seit wenigen Jahren bei den Theorien zur Herkunft des Wassers auf der Erde abzeichnet», erklärt Tilman Spohn vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. Als die Planeten vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstanden, war es nämlich in der näheren Umgebung der Sonne noch recht heiss. In diesem inneren Bereich bildeten sich daher Merkur, Venus, Erde und Mars aus Substanzen wie Silizium, Eisen und Magnesium, die bereits bei hohen Temperaturen fest werden. Diese Planeten bestehen noch heute aus festem Gestein. Weiter draussen kondensierten dagegen auch Wasser und andere flüchtige Substanzen wie Methan und Ammoniak. Dort bildeten sich die riesigen Gas-Planeten wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, mit ihren Monden, von denen viele eine Oberfläche aus Eis haben.

Wie aber kam das Wasser auf die Erde, das heute die Weltmeere füllt? Brachten vielleicht kleinere Himmelskörper Eis aus dem äusseren Bereich mit, nachdem sie von ihrer Bahn abgelenkt wurden und schliesslich nach Entstehen des Mondes auf die Erde stürzten? Solche Kometen aus Eis, Staub und lockerem Gestein kommen ja noch heute zu uns. Allerdings unterscheidet sich deren Eis deutlich vom Wasser, das es heute auf der Erde gibt.

«Ausserdem finden wir heute im Inneren der Erde ebenfalls reichlich Wasser», ergänzt DLR-Forscher Tilman Spohn. Das könnte zwar von den Bewegungen der Erdplatten von der Oberfläche in die Tiefe transportiert worden sein. Nur scheint diese Plattentektonik nur dann zu funktionieren, wenn es bereits Wasser im Erdinneren gibt. Hätte sich die Erde trocken gebildet, hätte es also nie Bewegungen gegeben, die später Wasser in ihr Inneres getragen haben.

Aus diesem Grund neigen viele Forscher heute eher zur zweiten Theorie: Könnten sich nicht einige dieser Eis-Kometen aus dem äusseren Bereich gleich am Anfang der Planetenbildung in die inneren Regionen verirrt haben? Dann könnte die Erde sich gleich damals aus vielen Trümmern trockenen Gesteins und diesen Eisbrocken gebildet haben und wäre so von vornherein mit Wasser ausgerüstet gewesen. Für eine solche Entwicklung sprechen auch die Indizien, die Richard Greenwood und Kollegen jetzt bei ihren Analysen der Sauerstoff-Isotope der Gesteine von Mond und Erde fanden.

Demnach sollte Theia vor rund 4,5 Milliarden Jahren und damit nur einige Jahrmillionen nach Entstehen der ersten Planeten mit gewaltiger Wucht auf die Ur-Erde gedonnert sein. Bei dieser unvorstellbaren Kollision mischten sich die Bestandteile von Theia und Ur-Erde. Ein Teil dieser Mischung wurde ausgeschleudert und ballte sich schliesslich zum Mond zusammen, während der Rest die Erde bildete, auf der wir heute leben. Diese Mischung erklärt, weshalb sich die Isotopen-Verhältnisse verschiedener Elemente in den Gesteinen von Erde und Mond sehr ähneln.

Der Mond konnte Wasser auf seiner Fläche nicht halten

Allerdings finden Richard Greenwood und seine Kollegen bei irdischen Proben ein geringfügig anderes Sauerstoff-Isotopen-Verhältnis als im Mondgestein. Das erklären die Forscher damit, dass in der Ur-Erde bereits reichlich Wasser vorhanden war, das auch die Kollision überstand, bei der sich der Mond bildete. Später aber lieferten Kometen aus den äusseren Bereichen des Sonnensystems weiteres Wasser auf unseren Planeten. Fünf bis Dreissig Prozent des heutigen Wassers könnten durch diesen Prozess dazugekommen sein, schätzen Richard Greenwood und seine Kollegen. Ein Teil davon wurde dann durch die bereits funktionierende Plattentektonik ins Innere der Erde transportiert, ein weiterer Teil sammelte sich schliesslich in den tieferen Regionen auf der Oberfläche und bildete die Weltmeere. Der im Grunde sehr ähnlich aufgebaute Mond ist dagegen viel kleiner und hat eine erheblich geringere Schwerkraft. Daher konnte er das Wasser auf seiner Oberfläche nicht dauerhaft festhalten.


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