Entstehung des Mondes

Nach der weit verbreiteten Hypothese des großen Einschlags entstand der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, als ein marsgroßer Körper namens Theia mit der Erde kollidierte. Simulationen und Analysen von Mondgestein legen nahe, dass der Mond hauptsächlich aus Material aus Theias Mantel besteht, der dem Erdmantel in seiner Zusammensetzung ähnelt.

Chemische Zusammensetzung des Mondes

Allerdings haben Planeten in der Regel unterschiedliche chemische Zusammensetzungen. Wenn Theia weit von der Erde entfernt entstanden wäre, hätte seine Zusammensetzung anders sein müssen und die Zusammensetzung des Mondes dürfte nicht dem Erdmantel ähneln.

Das Wolfram-Rätsel

Ein Element, das die Entstehungsgeschichte des Mondes verkompliziert, ist Wolfram. Wolfram ist ein eisenliebendes Element, das dazu neigt, in Richtung der Kerne von Planeten abzusinken. Daher sollten Mond und Erde sehr unterschiedliche Mengen an Wolfram aufweisen, da Theias wolframreicher Mantel während des Einschlags in den Mond eingegliedert worden wäre.

Isotopische Ähnlichkeiten

Zwei unabhängige Studien untersuchten das Verhältnis zweier Wolframisotope in Mondgestein und Erdproben. Sie fanden heraus, dass Mondgestein etwas mehr Wolfram-182 enthält als die Erde, ein faszinierender Befund, da Wolfram-182 durch den radioaktiven Zerfall von Hafnium-182 entsteht, das eine kurze Halbwertszeit hat.

Die Spätfurnier-Hypothese

Die einfachste Lösung für das Wolfram-Rätsel ist die Spätfurnier-Hypothese. Diese Hypothese besagt, dass Erde und Proto-Mond anfänglich ähnliche Wolfram-Isotopenverhältnisse hatten. Da die Erde jedoch größer und massereicher ist, zog sie auch nach dem Einschlag weiterhin Planetesimale an und fügte ihrem Mantel neues Material hinzu. Dieses späte Furnier hätte im Vergleich zu Wolfram-182 mehr Wolfram-184 gehabt, während der Mond das Verhältnis vom Einschlag beibehalten hätte.

Hinweise auf ein spätes Furnier

Die Spätfurnier-Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass die Erde mehr siderophile Elemente (Elemente, die Eisen lieben) in ihrem Mantel hat als erwartet. Diese Elemente hätten im Kern versinken müssen, müssen aber nach der Kernbildung durch Meteoriteneinschläge auf die Erde gebracht worden sein.

Ähnlichkeit der Wolfram-Isotopenverhältnisse

Damit der Proto-Mond mit dem Wolfram-Verhältnis der Erde übereinstimmt, müssen Theia und die Erde mit sehr ähnlichen Wolfram-Häufigkeiten begonnen haben. Die Lösung dieses Rätsels wird weitere Planetenstudien erfordern, aber die Entstehungsgeschichte des Mondes wird immer klarer.

Die Rolle von Planetesimalen bei der Entstehung des Mondes

Simulationen haben gezeigt, dass schwere Einschläge eher zwischen Körpern auftreten, die nahe beieinander entstanden sind und daher ähnliche Zusammensetzungen haben. Dies unterstützt die Annahme, dass Theia relativ nahe an der Erde entstanden ist.

Planetesimale und spätes Furnier

Planetesimale bombardierten das junge Sonnensystem auch nach der Entstehung des Mondes weiter. Die Erde nahm mehr von diesem späten Furniermaterial auf als der Mond, was weiter zu den Unterschieden in ihrer Zusammensetzung beitrug.

Der Sonnennebel: Eine neue Quelle für das Wasser der Erde

Jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler, dass das Wasser der Erde von eisgefüllten Kometen und Asteroiden stammte. Neue Forschungen deuten jedoch darauf hin, dass auch der Sonnennebel, Wolken aus Gas und Staub, die sich nach der Geburt der Sonne bildeten, eine Rolle gespielt haben könnte.

Die chemische Zusammensetzung von Wasser ist einfach: zwei Teile Wasserstoff und ein Teil Sauerstoff. Wasserstoff ist im Universum reichlich vorhanden, so dass jede Wasserstoffquelle zum Wasser der Erde beigetragen haben könnte.

Wasserstoff aus dem Sonnennebel

Wasserstoffgas im Sonnennebel wurde während ihrer Entstehung in Planeten eingebaut. Der größte Teil dieses Wasserstoffs bleibt im Erdkern eingeschlossen, aber ein Teil entwich und trug zu den Bausteinen der Wassermoleküle bei. Dieser Wasserstoff hat ein geringeres Verhältnis von Deuterium, einem schweren Wasserstoffisotop, zu normalem Wasserstoff als Wasser von Asteroiden oder Kometen.

Wasserreiche Asteroiden und Wechselwirkungen mit dem Sonnennebel

In der Frühgeschichte der Erde prallten wasserreiche Asteroiden aufeinander und bildeten planetare Embryonen mit einer äußeren Schicht aus Magma. Wasserstoffhaltiges Gas aus dem Sonnennebel traf auf dieses Magma, schuf eine Atmosphäre und leitete gelösten Wasserstoff in das Innere der Embryonen.

Isotopenfraktionierung und die Wasserverteilung der Erde

Die Isotopenfraktionierung bewirkte, dass sich normaler Wasserstoff tiefer in den Kern bewegte, während Deuteriumisotope im Mantel verblieben. Als die Erde mit anderen Himmelskörpern verschmolz, gewann sie genug Wasser und Masse, um ihre endgültige Größe zu erreichen.

Die Bedeutung von Wasserstoff aus dem Sonnennebel

Asteroiden einschläge erzeugten das meiste Wasser der Erde, aber ein kleiner Teil in der Nähe des Kerns scheint aus dem Sonnennebel zu stammen. Dieser Befund deutet darauf hin, dass auch Planeten, die weit entfernt von wasserreichen Asteroiden sind, Wasser haben könnten.

Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit von Exoplaneten

Die Ergebnisse des Teams könnten Wissenschaftlern helfen, die Bewohnbarkeit anderer Planeten besser zu verstehen. Sie deuten darauf hin, dass Planeten möglicherweise einen “Boden” an Wasser haben, unabhängig von ihrer Entfernung zu Wasserquellen. Dies stützt die Vorstellung eines schnellen Planetenwachstums und das Potenzial für Leben auf anderen Welten.

Zusätzliche Erkenntnisse

• Wasser, das tief im Inneren der Erde gefunden wird, hat ein anderes Verhältnis von schweren Wasserstoffisotopen und normalem Wasserstoff, was auf einen anderen Ursprung als Asteroiden und Kometen hinweist.
• Das Gas aus dem Sonnennebel trug zur Bildung von einem von 100 Wassermolekülen auf der Erde bei.
• Das Wasser der Erde ist wahrscheinlich eine Kombination aus Quellen, darunter Asteroiden, Kometen und der Sonnennebel.
• Das Vorhandensein von Wasserstoff aus dem Sonnennebel im Wasser der Erde hat Auswirkungen auf das Verständnis der Bewohnbarkeit anderer Planeten.