Caltech enthüllt neue Details über die Entstehung der Erde

Eine neue Studie des California Institute of Technology weist darauf hin, dass sich die frühe Erde aus heißem, trockenem Material gebildet hat, was bedeutet, dass Wasser erst spät bei der Entstehung der Erde eintraf. Die Forschung, die Belege aus verschiedenen Mantelschichten präsentiert, geht davon aus, dass größere Mengen an flüchtigen Stoffen erst in den letzten Stadien der Erdentstehung auftraten, was die Theorien zur Planetenentstehung beeinflusste.

Vor Milliarden von Jahren schlossen sich in der riesigen Scheibe aus Staub, Gas und Gesteinsmaterial, die unsere junge Sonne umkreiste, immer größere Körper zusammen, um schließlich die Planeten, Monde und Asteroiden hervorzubringen, die wir heute sehen. Wissenschaftler versuchen immer noch, die Prozesse zu verstehen, durch die Planeten, einschließlich unseres eigenen, entstanden sind.

Eine Möglichkeit für Forscher, die Entstehung der Erde zu untersuchen, besteht darin, das Magma zu untersuchen, das tief aus dem Inneren des Planeten fließt. Die chemischen Signaturen dieser Proben enthalten eine Aufzeichnung darüber, wann und welche Materialien zusammenkamen, um die Erde zu bilden – ähnlich wie Fossilien uns Hinweise auf die biologische Vergangenheit der Erde geben.

Nun zeigt eine Studie des California Institute of Technology, dass die frühe Erde heißes, trockenes Material ansammelte, was darauf hindeutet, dass das Wasser unseres Planeten – ein Schlüsselbestandteil für die Entwicklung des Lebens – viel später in der Erdentstehung angekommen sein muss.

Die Studie, an der ein internationales Forscherteam beteiligt war, wurde in den Labors von François Tissot, außerordentlicher Professor für Geochemie und Forscher am Heritage Medical Research Institute, durchgeführt; und Yigang Zhang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Ein Artikel, der die Forschung beschreibt, wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Die Wissenschaft schreitet voran. Caltech-Doktorand Wei Liu ist der Erstautor der Arbeit.

Obwohl Menschen keine Möglichkeit haben, in das Innere unseres Planeten zu gelangen, können Gesteine ​​tief im Erdinneren auf natürliche Weise in Form von Lava an die Oberfläche gelangen. Das ursprüngliche Magma dieser Laven kann aus verschiedenen Tiefen der Erde stammen, etwa aus dem oberen Erdmantel, der etwa 15 Kilometer (9 Meilen) unter der Oberfläche beginnt und sich über etwa 680 Kilometer erstreckt; oder der untere Mantel, der sich von einer Tiefe von 680 Kilometern (425 Meilen) bis zur Kern-Mantel-Grenze etwa 2.900 Kilometer (1.800 Meilen) unter unseren Füßen erstreckt.

Wie bei der Probenahme verschiedener Schichten eines Kuchens – Glasur, Füllung und Biskuit – können Wissenschaftler Magma untersuchen, das aus unterschiedlichen Tiefen austritt, um die unterschiedlichen „Geschmacksrichtungen“ der Erdschichten zu verstehen: die darin enthaltenen Chemikalien und ihre Verhältnisse zueinander.

Da die Bildung der Erde nicht augenblicklich erfolgte, sondern mit der Ansammlung von Material im Laufe der Zeit einherging, liefern Proben aus dem unteren und oberen Erdmantel unterschiedliche Hinweise darauf, was im Laufe der Zeit geschah, als sich die Erde ansammelte. In der neuen Studie stellte das Team fest, dass die frühe Erde hauptsächlich aus trockenem, felsigem Material bestand: Chemische Signaturen aus der Tiefe des Planeten zeigten kein Vorhandensein sogenannter flüchtiger Stoffe, leicht verdunstender Substanzen wie Wasser und Jod.

Im Gegensatz dazu zeigten Proben aus dem oberen Erdmantel einen höheren Anteil an flüchtigen Stoffen, dreimal so hoch wie der aus dem unteren Erdmantel. Basierend auf diesen chemischen Verhältnissen erstellte Liu ein Modell, das zeigte, dass die Erde aus heißen, trockenen Gesteinsmaterialien besteht und dass eine größere Zugabe lebenswichtiger flüchtiger Stoffe, einschließlich Wasser, nur während der letzten 15 Prozent (oder weniger) der Erdentstehung erfolgte.

Die Studie ist ein entscheidender Beitrag zu den Theorien der Planetenentstehung, einem Bereich, der in den letzten Jahrzehnten mehrere Paradigmenwechsel erlebt hat und immer noch von einer lebhaften wissenschaftlichen Debatte geprägt ist. In diesem Zusammenhang macht die neue Studie wichtige Vorhersagen für die Natur der Bausteine ​​der anderen terrestrischen Planeten – Merkur und Venus– das vermutlich aus ähnlichen trockenen Materialien entstanden ist.

„Die Erforschung von Exoplaneten im Weltraum ist wirklich wichtig, da die Wasserwelt wahrscheinlich der beste Ort ist, um nach außerirdischem Leben zu suchen“, sagt Tissot. Aber das innere Sonnensystem sollte nicht vergessen werden. Seit fast 40 Jahren gab es keine Mission mehr, die Oberfläche der Venus zu berühren, und es gab noch nie eine Mission zur Oberfläche des Merkur. Wir müssen in der Lage sein, diese Welten zu untersuchen, um besser zu verstehen, wie terrestrische Planeten wie die Erde entstanden sind. „

Referenz: „Die I/Pu-Erde zeigt hauptsächlich volatile Planeten mit geringem Kontrast“ von Weiyi Liu, Yigang Zhang und François. LH Tissot, Guillaume Avice, Zhilin Ye und Qing-Zhu Yin, 5. Juli 2023, hier verfügbar. Die Wissenschaft schreitet voran.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9213

Co-Autoren sind neben Liu und Tissot Zhang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Guillaume Avice von der Universität Paris, Institut für Physik in der Welt, Paris; Qilin Ye von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften; und King Chu Yin von der University of California, Davis. Die Finanzierung erfolgte durch die Chinesische Akademie der Wissenschaften, die National Science Foundation, das Packard Fellowship of Science and Engineering, das Heritage Medical Research Institute und das California Institute of Technology.