Mondentstehung: Neue Analysen sprechen für Frontalzusammenstoß

21. Februar 2016, 08:00
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Neue Isotopenanalysen stützen die These, dass die Erde einst mit einem Protoplanteten kollidierte – und zwar nicht in einem flachen Winkel, sondern frontal

Bayreuth/Wien – Wie ist der Mond entstanden? Jahrzehntelang rätselten Forscher darüber, warum der Mond unserer Erde relativ gesehen der größte Begleiter eines Planeten im Sonnensystem ist. Heute ist sich die Fachwelt weitgehend einig, dass vor rund 4,5 Milliarden Jahren ein Protoplanet auf die Erde geprallt sein muss, die zu diesem Zeitpunkt bereits einen festen Gesteinsmantel hatte.

Dabei wurden riesige Wolken von Staub und Gesteinsbrocken in die Erdumlaufbahn geschleudert, aus denen sich allmählich der Mond entwickelte. Bisher war in der Forschung die Annahme verbreitet, jener Himmelskörper – benannt nach Theia, einer Gestalt aus der griechischen Mythologie – sei von der Seite her in eher flachem Winkel auf der Erdoberfläche aufgeschlagen. Diese Hypothese ist jedoch unplausibel, wie ein internationales Forscherteam um David Rubie von der Universität Bayreuth jetzt in "Science" berichtet.

Aufprall mit zehn km/s

Die neuen Ergebnisse sprechen vielmehr dafür, dass Theia mit extrem hoher Geschwindigkeit frontal auf die Erde zugestürzt ist, vermutlich mit rund zehn Kilometern pro Sekunde. Die enorme Wucht des Aufpralls setzte Energien frei, die einen großen Teil des Erdgesteins aufgeschmolzen haben. Dadurch ist Theia tief in die Erde eingedrungen und hat sich mit dem Gestein der Erde vermischt – mit dem Ergebnis, dass es sich bei dem in die Erdumlaufbahn herausgeschleuderten Material ebenfalls um eine solche Mischung handelte.

Für ihre Studie verglichen die Forscher Gesteinsproben unterschiedlicher Herkunft: einerseits Proben aus Hawaii und Arizona, das infolge vulkanischer Prozesse aus dem Erdmantel an die Erdoberfläche gelangt ist; andererseits Mondgestein, das die Astronauten der Apollo-Missionen 12, 15 und 17 mitgebracht hatten. Entscheidend war dabei die Analyse des Sauerstoffs, der rund 90 Prozent des Volumens dieser Gesteinsbrocken ausmacht. Der Sauerstoff im Erdgestein enthält fast nur O-16-Isotope, nämlich Sauerstoffatome, deren Kerne jeweils aus acht Protonen und acht Neutronen bestehen. In nur sehr geringen Mengen kommen auch die schwereren Isotope O-17 und O-18 vor, deren Kerne ein bzw. zwei weitere Neutronen enthalten.

Wechselseitige Durchdringung

Die gleichen Mengenverhältnisse finden sich in allen Proben des Mondgesteins. "Wir haben hinsichtlich der Sauerstoff-Isotope keine signifikanten Unterschiede zwischen dem irdischen Gestein und dem Mondgestein feststellen können", sagte Rubie. Dies ist umso auffälliger, als die Erde, der Mars und andere Planeten des Sonnensystems sich in dieser Hinsicht signifikant unterscheiden. Auch Theia als extraterrestrischer Himmelskörper dürfte sich in diesem Punkt deutlich von der ‚Ur-Erde‘ unterscheiden haben. "Die Ergebnisse unserer Gesteinsanalysen sprechen deshalb eindeutig dafür, dass die Erde in ihrer heutigen Gestalt und der Mond aus einer Materialmischung hervorgegangen sind, die ihren Ursprung in einer wechselseitigen Durchdringung von Theia und ‚Ur-Erde‘ hat", so Rubie.

"Die nach dem Aufprall in die Erdumlaufbahn geschleuderten Staub- und Gesteinsmengen, aus denen der Mond entstanden ist, enthielten einen ungefähr gleich hohen Anteil von Theia-Material wie die Materialmischung, die sich nach dem Aufprall zum heutigen Planeten Erde verfestigt hat." Dieser Befund spricht nach Ansicht der Autoren eindeutig für einen äußerst heftigen und zerstörerischen Frontalaufprall von Theia. Denn wäre dieser extraterrestrische Körper seitlich in einem flachen Winkel aufgeschlagen, wäre das Material des Protoplaneten größtenteils in der Erdumlaufbahn gelandet. Das heutige Mondgestein würde dann sehr wahrscheinlich andere Anteile von Sauerstoff-Isotopen aufweisen als das Gestein der Erde. (red, 21. 2. 2016)

  • Künstlerische Darstellung der folgenreichen Kollision von Theia und der Erde.
    foto: nasa/jet propulsion laboratory

    Künstlerische Darstellung der folgenreichen Kollision von Theia und der Erde.

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