News: Erdkern ist Recyclingprodukt
Noch immer ist unklar, wann und wie sich der metallische Kern der Erde gebildet hat. Offenbar trugen mehrere beteiligte Protoplaneten dazu bei - und mindestens einige davon waren dem Mars wohl sehr ähnlich.
© Spektrum Akademischer Verlag (Ausschnitt)
Seit längerem ist bekannt, dass die Erde aus einer um die Sonne wirbelnden Scheibe aus Gas und Staub entstanden ist. Bisher nahm man an, dass sich dabei metallisches Eisen aus der akkumulierten Masse von Metall und Silikaten getrennt und im Zentrum dieser Masse gesammelt hatte, sobald die Temperaturen ausreichten, um das Eisen zu schmelzen.
Auch die anderen erdähnlichen Planeten sind aus dieser Scheibe aus Gas und Staub entstanden. Je größer die Objekte wurden, umso mehr gewann die Gravitation der Körper an Kraft. Sie "saugten" dabei den Schutt in der näheren Umgebung auf und erlangten damit eine Größe von etwa 1000 Kilometer. Dieser Prozess führte jedoch zu Objekten, die höchstens ein Prozent der Masse der Erde ausmachten. Um daraus einen Planeten wie die Erde zu generieren, hätte es wiederholte Kollisionen zwischen diesen "Embryoplaneten" gebraucht, welche dann zu größeren Planeten zusammenwuchsen. Bei solchen Kollisionen werden bisweilen unvorstellbare Energien frei, welche die kollidierenden Planeten schmelzen und Teile der Silikathülle beziehungsweise des metallischen Kerns verdampfen. Heute geht man davon aus, dass der Mond aus den Trümmern solch einer Kollision der Protoerde mit einem anderen Planeten entstanden ist.
Es gibt sehr unterschiedliche Spekulationen darüber, wann sich die Erde formte. Manche Untersuchungen besagen, dass die Erde in weniger als einer Million Jahre entstanden ist. Heute eher akzeptierte Theorien gehen davon aus, dass die Bildung der Erde 10 bis 100 Millionen Jahre gebraucht hat. Mit Hilfe der Analyse der Isotopen von Elementen wie Wolfram und Blei lassen sich solche Theorien testen. Diese chemischen Elemente sind teilweise Produkte des natürlichen Zerfalls von Hafnium beziehungsweise Uran. Bei der Entstehung eines Planetenkerns trennen sich die Paare. Blei und Wolfram gehen in den Erdkern, während Uran und Hafnium es vorziehen, in der Silikathülle eines Planeten zu verbleiben. Diese Trennung der Paare und ihre langsame Umwandlung zu Blei respektive Wolfram erlaubt es, diese Elemente als "geologische Uhren" für die Bildung des metallischen Erdkerns einzusetzen und damit die Entstehung der Erde zu datieren.
Wissenschaftler um Alex Halliday von der ETH Zürich haben die verschiedenen Isotopenuhren analysiert und dabei festgestellt, dass Hafnium-Wolfram und Uran-Blei extrem unterschiedliche Zeiträume für die Erdentstehung vermuten lassen. Der Geologe hat dafür nur eine mögliche Erklärung: "Ein Teil des Erdkerns bildete sich direkt aus den Kernen der Planeten, mit denen die Protoerde kollidierte." Diese Aussage unterscheidet sich von der bisherigen Meinung, dass sich der metallische Kern eines kollidierenden Planeten zunächst mit dem Gesteinsmantel der Erde mischte und anschließend wegen seiner höheren Dichte ins Zentrum der Erde wanderte.
Eine wichtige Konsequenz dieses Modells ist, dass der Zeitraum zwischen der Entstehung des Sonnensystems und der Entstehung von Erde und Mond unterschätzt wurde. Die Entstehung der Erde war nicht nach rund 30 Millionen Jahren abgeschlossen, wie erst kürzlich behauptet, sondern liegt nach Halliday eher bei 50 Millionen Jahren.
Aus den Untersuchungen lassen sich aber noch weitere Schlussfolgerungen ziehen. Misst man die isotopische Zusammensetzung von Wolfram und anderen Elementen in Gesteinen vom Mond, so kann man von ihnen auf die Zusammensetzung des Ursprungsplaneten, in diesem Fall der Protoerde, schließen. Nach Halliday war dieser Planet reich an flüchtigen Komponenten und dem Mars sehr ähnlich. Die Erde hat vermutlich die flüchtigen Komponenten, einschließlich des Wassers, während des Wachstums durch Kollision mit anderen Protoplaneten verloren. Halliday ist überzeugt: "Mit den vorliegenden Daten ergibt sich eine neue Sichtweise auf die Theorie zur Entstehung der Erde. Nach wie vor offen bleibt allerdings eine der spannendsten Fragen über unseren Planeten: Wie ist das Wasser auf der Erde entstanden?"
Auch die anderen erdähnlichen Planeten sind aus dieser Scheibe aus Gas und Staub entstanden. Je größer die Objekte wurden, umso mehr gewann die Gravitation der Körper an Kraft. Sie "saugten" dabei den Schutt in der näheren Umgebung auf und erlangten damit eine Größe von etwa 1000 Kilometer. Dieser Prozess führte jedoch zu Objekten, die höchstens ein Prozent der Masse der Erde ausmachten. Um daraus einen Planeten wie die Erde zu generieren, hätte es wiederholte Kollisionen zwischen diesen "Embryoplaneten" gebraucht, welche dann zu größeren Planeten zusammenwuchsen. Bei solchen Kollisionen werden bisweilen unvorstellbare Energien frei, welche die kollidierenden Planeten schmelzen und Teile der Silikathülle beziehungsweise des metallischen Kerns verdampfen. Heute geht man davon aus, dass der Mond aus den Trümmern solch einer Kollision der Protoerde mit einem anderen Planeten entstanden ist.
Es gibt sehr unterschiedliche Spekulationen darüber, wann sich die Erde formte. Manche Untersuchungen besagen, dass die Erde in weniger als einer Million Jahre entstanden ist. Heute eher akzeptierte Theorien gehen davon aus, dass die Bildung der Erde 10 bis 100 Millionen Jahre gebraucht hat. Mit Hilfe der Analyse der Isotopen von Elementen wie Wolfram und Blei lassen sich solche Theorien testen. Diese chemischen Elemente sind teilweise Produkte des natürlichen Zerfalls von Hafnium beziehungsweise Uran. Bei der Entstehung eines Planetenkerns trennen sich die Paare. Blei und Wolfram gehen in den Erdkern, während Uran und Hafnium es vorziehen, in der Silikathülle eines Planeten zu verbleiben. Diese Trennung der Paare und ihre langsame Umwandlung zu Blei respektive Wolfram erlaubt es, diese Elemente als "geologische Uhren" für die Bildung des metallischen Erdkerns einzusetzen und damit die Entstehung der Erde zu datieren.
Wissenschaftler um Alex Halliday von der ETH Zürich haben die verschiedenen Isotopenuhren analysiert und dabei festgestellt, dass Hafnium-Wolfram und Uran-Blei extrem unterschiedliche Zeiträume für die Erdentstehung vermuten lassen. Der Geologe hat dafür nur eine mögliche Erklärung: "Ein Teil des Erdkerns bildete sich direkt aus den Kernen der Planeten, mit denen die Protoerde kollidierte." Diese Aussage unterscheidet sich von der bisherigen Meinung, dass sich der metallische Kern eines kollidierenden Planeten zunächst mit dem Gesteinsmantel der Erde mischte und anschließend wegen seiner höheren Dichte ins Zentrum der Erde wanderte.
Eine wichtige Konsequenz dieses Modells ist, dass der Zeitraum zwischen der Entstehung des Sonnensystems und der Entstehung von Erde und Mond unterschätzt wurde. Die Entstehung der Erde war nicht nach rund 30 Millionen Jahren abgeschlossen, wie erst kürzlich behauptet, sondern liegt nach Halliday eher bei 50 Millionen Jahren.
Aus den Untersuchungen lassen sich aber noch weitere Schlussfolgerungen ziehen. Misst man die isotopische Zusammensetzung von Wolfram und anderen Elementen in Gesteinen vom Mond, so kann man von ihnen auf die Zusammensetzung des Ursprungsplaneten, in diesem Fall der Protoerde, schließen. Nach Halliday war dieser Planet reich an flüchtigen Komponenten und dem Mars sehr ähnlich. Die Erde hat vermutlich die flüchtigen Komponenten, einschließlich des Wassers, während des Wachstums durch Kollision mit anderen Protoplaneten verloren. Halliday ist überzeugt: "Mit den vorliegenden Daten ergibt sich eine neue Sichtweise auf die Theorie zur Entstehung der Erde. Nach wie vor offen bleibt allerdings eine der spannendsten Fragen über unseren Planeten: Wie ist das Wasser auf der Erde entstanden?"
© ETH Zürich
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