Wie hat die Erde ihr Wasser bekommen?

Erde, der Wasserplanet. Bild über die NASA.

Die Erde ist reich an Wasser und das schon seit ein paar Milliarden Jahren, aber Wissenschaftler diskutieren immer noch, woher all diese lebenserhaltende Flüssigkeit stammt. Zumindest wurde angenommen, dass ein Teil davon von Kometen oder Asteroiden hierher gebracht wurde, aber diese Idee ist immer noch unzureichend, um zu erklären, wieso sehrWasser landete auf der Erdoberfläche – und auch tief darunter. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern der Arizona State University (ASU) unter der Leitung vonPeter Buseck, hat sich einfallen lassenneuer Vorschlag. Das neuepeer-reviewedPapier warveröffentlichtin demZeitschrift für geophysikalische Forschung: Planetenam 9. Oktober 2018.

Die neue Forschung legt nahe, dass das Wasser der Erde ausbeideGesteinsmaterial wie Asteroiden,undaus der riesigen Staub- und Gaswolke, die nach der Entstehung der Sonne übrigbleibt, genanntSonnennebel.

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Das Meerwasser der Erde ähnelt dem von Asteroiden. Das ist einer der Gründe, warum Wissenschaftler lange dachten, dass das meiste irdische Wasser aus einem Asteroiden-Bombardement in den Tagen des frühen Sonnensystems stammte. Das Verhältnis vonDeuterium– ein schwerer WasserstoffIsotop– zu normalem Wasserstoff ist eine einzigartige chemische Signatur in verschiedenen Wasserquellen. Im Fall der Ozeane der Erde liegt das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff nahe dem von Asteroiden. Aber,nach Steven Desch, auch bei ASU und einem der Teammitglieder:

Es ist ein kleiner blinder Fleck in der Community. Wenn die Leute das [Deuterium-zu-Wasserstoff]-Verhältnis im Meerwasser messen und feststellen, dass es dem, was wir in Asteroiden sehen, ziemlich nahe kommt, war es immer leicht zu glauben, dass alles von Asteroiden stammt.

Ein Teil des ersten Wassers der Erde stammte aus kollidierenden planetaren Embryonen, die asteroidales Wasser enthielten. Bild über J. Wu/S. Desch/ASU.



Jun Wu |an der ASU ist Hauptautor der Studie. Er fügte hinzu:

Dem Sonnennebel wurde unter den bestehenden Theorien am wenigsten Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl er in unserem frühen Sonnensystem das vorherrschende Reservoir für Wasserstoff war.

Der Wasserstoff in den Ozeanen der Erdekann nicht den Wasserstoff darstellenjedoch auf dem ganzen Planeten als Ganzes. Wasserstoffproben aus dem tiefen Erdinneren, nahe der Grenze zwischen Kern und Erdmantel, enthalten deutlich weniger Deuterium – ein Hinweis darauf, dass dieser Wasserstoff möglicherweisenichtsind schließlich von Asteroiden gekommen. DieEdelgaseHelium und Neon mit Isotopensignaturen, die vom Sonnennebel geerbt wurden, wurden auch im Erdmantel gefunden.

Wie sind diese Unterschiede zu erklären? Um diese Frage zu beantworten, mussten die Forscher ein neues theoretisches Modell der Erdentstehung entwickeln. Dem Modell zufolge war die Erde die größte von vielenplanetarische Embryonen– auch bekanntProtoplaneten– im frühen Sonnensystem.

Im Wesentlichen zeigt ihr Modell große, durchnässte Asteroiden, die sich durch Kollisionen schließlich zu Planeten wie der Erde formen.

Es wird angenommen, dass ein Großteil des Wassers der Erde von Asteroiden stammt, die den Planeten zu Beginn seiner Geschichte getroffen haben. Bild über die NASA/Don Davis.

Die Oberfläche der sehr jungen Erde war zunächst ein Ozean aus Magma. Wasserstoff und Edelgase aus dem Sonnennebel wurden zum planetarischen Embryo gezogen und bildeten die erste Atmosphäre. Nebeliger Wasserstoff, der weniger Deuterium enthält und leichter als asteroidaler Wasserstoff ist, löste sich im geschmolzenen Eisen des Magmaozeans.

Wasserstoff wurde dann in Richtung Erdmittelpunkt gezogen – ein Prozess namensIsotopenfraktionierung. Wasserstoff wurde durch seine Anziehung zu Eisen zum Kern transportiert, während ein Großteil des schwereren Isotops Deuterium im Magma verblieb, das schließlich abkühlte, um den Mantel zu bilden. Einschläge von kleineren planetarischen Embryonen und anderen Objekten fügten weiterhin zusätzliches Wasser und Masse hinzu, bis die Erde ihre endgültige Größe erreichte.

Das Endergebnis war, dass die ErdeEdelgasetief in seinem Inneren, mit einem niedrigeren Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff in seinem Kern als in seinem Mantel und den Ozeanen. Das meiste Wasser der ErdeTatstammen von Asteroiden, aber einige kamen auch vom Sonnennebel. Wie Wu bemerkte:

Auf 100 Wassermoleküle der Erde kommen ein oder zwei aus dem Sonnennebel.

Künstlerisches Konzept des Sonnennebels – einer riesigen Scheibe aus Gas und Staub – der die junge Sonne früh in der Geschichte des Sonnensystems umgab. Es wird angenommen, dass auch ein Teil des Wassers der Erde von hier stammt. Bild über ESO/L. Calçada.

Was ist mit Kometen, da sie so viel Wassereis in sich haben? Laut Desch:

Kometen enthalten viel Eis und hätten theoretisch etwas Wasser liefern können. Aber es gibt noch eine andere Möglichkeit, über Wasserquellen in den prägenden Tagen des Sonnensystems nachzudenken. Da Wasser Wasserstoff plus Sauerstoff ist und Sauerstoff reichlich vorhanden ist, könnte jede Wasserstoffquelle als Ursprung des Wassers der Erde dienen.

Außerdem haben Kometen ein höheres Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff (D/H), sodass sie eigentlich keine guten Quellen für das Wasser der Erde sind. Das D/H-Verhältnis von Wasserstoffgas im Sonnennebel betrug nur 21ppm, zu niedrig, um das meiste Wasser auf der Erde geliefert zu haben. Asteroiden passen viel besser zusammen mit dem Sonnennebel.

Die neuen Studienergebnisse könnten auch Auswirkungen auf felsige Exoplaneten haben, die andere Sterne umkreisen, wie zum Beispiel den Supererdwolf 1061c im Konzeptbild dieses Künstlers. Viele von ihnen könnten reichlich Wasser haben, genau wie die Erde. Bild über NASA/Ames/JPL-Caltech.

Schließlich haben die neuen Ergebnisse Auswirkungen auf RockyExoplanetenandere Sterne umkreisen. Viele solcher Welten wurden inzwischen entdeckt, und wenn es für einige von ihnen eine größere Chance gibt, auch flüssiges Wasser zu haben, erhöht dies auch die Chancen, dass diese Planeten bewohnbar sind. Laut den Forschern:

Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Bildung von Wasser auf ausreichend großen Gesteinsplaneten in extrasolaren Systemen wahrscheinlich unvermeidlich ist.

Fazit: Der Ursprung des Wassers der Erde wird seit langem diskutiert, aber diese neue Studie weist auf eine Quelle hin – den solaren Nebel oder eine Wolke aus Gas und Staub, die nach der Entstehung der Sonne zurückbleibt –, die bisher meist übersehen wurde. Die neue Arbeit, die auf Computermodellen basiert, könnte Auswirkungen auf felsige Welten haben, die um ferne Sterne kreisen.

Quelle: Herkunft des Erdwassers: Chondritische Vererbung plus nebelartiges Eingasen und Speicherung von Wasserstoff im Kern

Über die Arizona State University