(NASA/JPL) In den frühen Tagen des Sonnensystems dauerte die Entstehung der kleinen Erde möglicherweise viel kürzer als wir bisher angenommen hatten.
Laut einer Analyse vom Februar 2020 gibt es Hinweise darauf, dass der größte Teil der Erde nur 5 Millionen Jahre brauchte, um zusammenzuwachsen – ein Vielfaches kürzer als aktuelle Modelle vermuten lassen.
Diese Überarbeitung ist ein wesentlicher Beitrag zu unserem aktuellen Verständnis der Planetenentstehung und legt nahe, dass die Mechanismen möglicherweise vielfältiger sind als wir denken, selbst zwischen Planeten des gleichen Typs, die sich in derselben Nachbarschaft befinden – Gesteinsplaneten wie z Mars und Erde.
Sehen Sie, wir sind uns nicht wirklich hundertprozentig sicher, wie Planeten entstehen. Astronomen haben eine ziemlich gute allgemeine Vorstellung, aber die feineren Details … nun, sie sind in Aktion eher schwer zu beobachten.
Die Grundzüge des Planetenentstehungsprozesses sind mit der Sternentstehung selbst verknüpft. Sterne entstehen, wenn ein Klumpen in einer Staub- und Gaswolke aufgrund seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammenfällt und anfängt, sich zu drehen. Dies führt dazu, dass der umgebende Staub und das Gas um ihn herum zu wirbeln beginnen, wie Wasser, das um einen Abfluss herumwirbelt.
Während es wirbelt, bildet das gesamte Material eine flache Scheibe und speist sich in den wachsenden Stern. Aber nicht die ganze Scheibe wird verschlungen – was übrig bleibt, wird die protoplanetare Scheibe genannt und daraus bilden sich dann die Planeten; Deshalb sind alle Planeten des Sonnensystems grob auf einer flachen Ebene um die Sonne ausgerichtet.
Wenn es um die Planetenentstehung geht, geht man davon aus, dass winzige Staub- und Gesteinsbrocken in der Scheibe anfangen, elektrostatisch aneinander zu haften. Mit zunehmender Größe nimmt dann auch ihre Gravitationskraft zu. Durch zufällige Wechselwirkungen und Kollisionen beginnen sie, andere Klumpen anzuziehen, und nehmen an Größe zu, bis sie einen ganzen verdammten Planeten bilden.
Man ging davon aus, dass dieser Prozess auf der Erde mehrere zehn Millionen Jahre gedauert hat. Laut Wissenschaftlern der Universität Kopenhagen in Dänemark lässt eine Analyse der im Erdmantel gefundenen Eisenisotope jedoch etwas anderes vermuten.
In ihrer Zusammensetzung scheint sich die Erde von anderen Körpern im Sonnensystem zu unterscheiden. Erde, der Mond , Mars, Meteoriten – alle enthalten natürlich vorkommende Eisenisotope wie Fe-56 und das leichtere Fe-54. Aber der Mond, der Mars und die meisten Meteoriten weisen alle ähnliche Häufigkeiten auf, während dies auf der Erde der Fall ist deutlich weniger Fe-54 .
Das einzige andere Gestein, das eine ähnliche Zusammensetzung wie die Erde hat, ist ein seltener Meteoritentyp namens CI-Chondrite. Das Interessante an diesen Meteoriten ist, dass sie eine ähnliche Zusammensetzung wie das gesamte Sonnensystem haben.
Stellen Sie sich vor, Sie bekämen alle Zutaten für eine Bolognese. Mischen Sie sie alle in einem großen Topf – das ist die protoplanetare Scheibe und später das Sonnensystem. Aber wenn Sie Ihre Zutaten in eine Reihe kleinerer Töpfe mit unterschiedlichen Anteilen jeder Zutat verstreut haben, haben Sie jetzt die einzelnen Planeten und Asteroiden.
Das Besondere an CI-Chondriten ist, dass sie in dieser Analogie wie winzige Töpfchen sind, die die anfänglichen Zutatenmengen für eine vollständige Bolognese enthalten. Einen dieser Weltraumsteine zur Hand zu haben, ist also eine gute Sache als hätte man einen Mikrokosmos aus dem Staub, der zu Beginn der Entstehung des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren in der protoplanetaren Scheibe herumwirbelte.
Aktuellen Planetenentstehungsmodellen zufolge wäre die Eisenhäufigkeit im Erdmantel repräsentativ für eine Mischung aller verschiedenen Arten von Meteoriten, mit höheren Häufungen an Fe-54, wenn die Dinge einfach zusammenpassen würden.
Die Tatsache, dass die Zusammensetzung unseres Planeten nur mit CI-Staub vergleichbar ist, lässt auf ein anderes Entstehungsmodell schließen. Die Forscher glauben, dass sich der Eisenkern der Erde nicht durch das Zusammenschlagen von Gesteinen, sondern durch einen Regen aus kosmischem Staub früh gebildet hat – ein schnellerer Prozess als die Ansammlung größerer Gesteine. In dieser Zeit bildete sich der Eisenkern, der das Früheisen aufsaugte.
Dann, als sich das Sonnensystem nach seinen ersten paar hunderttausend Jahren abkühlte, konnte CI-Staub von weiter draußen nach innen wandern, dorthin, wo sich die Erde bildete. Es verteilte sich über die ganze Erde und überschrieb im Grunde alles Eisen, das sich im Erdmantel befand.
Da die protoplanetare Scheibe – und die große Menge an CI-Staub darin, die auf die Erde hätte regnen können – nur etwa 5 Millionen Jahre überdauerte, muss sich die Erde innerhalb dieses Zeitraums angesammelt haben, schließen die Forscher.
„Dieser hinzugefügte CI-Staub überprägte die Eisenzusammensetzung im Erdmantel, was nur möglich ist, wenn der Großteil des vorherigen Eisens bereits in den Kern entfernt wurde.“ erklärte der Planetengeologe Martin Schiller der Universität Kopenhagen.
„Deshalb muss die Kernbildung früh erfolgt sein.“
Wenn dieses „kosmische Staub“-Akkretionsmodell die Entstehung der Erde widerspiegelt, bedeutet diese Forschung auch, dass andere Planeten anderswo im Universum auf diese Weise entstanden sein könnten.
Dies erweitert nicht nur unser Verständnis der Planetenentstehung, sondern könnte auch Auswirkungen auf unser Verständnis des Lebens im Universum haben. Es könnte sein, dass diese Art der Planetenentstehung eine Voraussetzung für lebensfreundliche Bedingungen ist.
„Jetzt wissen wir, dass die Planetenentstehung überall stattfindet.“ Dass wir generische Mechanismen haben, die funktionieren und Planetensysteme erschaffen. Wenn wir diese Mechanismen in unserem eigenen Sonnensystem verstehen, könnten wir ähnliche Rückschlüsse auf andere Planetensysteme in der Galaxie ziehen. Einschließlich an welchem Punkt und wie oft sich Wasser ansammelt“, sagte der Kosmochemiker Martin Bizzarro der Universität Kopenhagen.
„Wenn die Theorie der frühen planetaren Akkretion wirklich stimmt, ist Wasser wahrscheinlich nur ein Nebenprodukt der Entstehung eines Planeten wie der Erde – was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Bestandteile des Lebens, wie wir es kennen, anderswo im Universum zu finden sind.“ '
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Februar 2020 veröffentlicht.