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Erdkern ist Recyclingprodukt
Die Erde ist Teil des seit
viereinhalb Milliarden Jahren bestehenden Sonnensystems. Nach wie vor unklar
ist, warum sich die Erde anders als andere erdähnliche Planeten des
Sonnensystems entwickelt hat und wann es zur Bildung des metallischen Kerns kam.
Der Geologe Alex Halliday konnte nun nachweisen, dass der Erdkern wenigstens zum
Teil durch Mischen von Kernen älterer Protoplaneten entstanden ist. Diese
Mischung wurde durch die extrem energiereichen Kollisionen der Protoplaneten
ausgelöst. Ein noch überraschenderes Ergebnis ist, dass die chemische
Zusammensetzung der Protoplaneten sich vermutlich von der heutigen Erde und auch
deren nächsten Nachbarn, dem Mond, unterschieden. Halliday nimmt deshalb an,
dass zumindest einige der Protoplaneten, dem Mars sehr ähnlich waren. Seine
Erkenntnisse werden in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature"
publiziert.
Seit längerem weiß man, 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.
Embryoplaneten" als Urform
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 1% 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 bzw. 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.
Zeitpunkt der Erdentstehung
umstritten
Es gibt sehr unterschiedliche
Spekulationen darüber, wann sich die Erde formte. Manche Untersuchungen
besagen, dass die Erde in weniger als einer Million Jahren 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 bzw 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 bzw. Wolfram erlaubt es, diese
Elemente als "geologische Uhren" für die Bildung des metallischen Erdkerns
einzusetzen und damit die Entstehung der Erde zu datieren.
Erde formte sich aus jungen
Planeten
Die Analyse der Isotopenuhren
zeigt, dass Hafnium-Wolfram und Uran-Blei extrem unterschiedliche Zeiträume
für die Erdentstehung anzeigen. Halliday 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 Models 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.
Mars und Erde sind Verwandte
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?"
Weitere Informationen:
Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft
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