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Junge Erde könnte viel ihres Wassers beim Wachstum selbst erzeugt haben
Die junge Erde könnte einen beträchtlichen Teil ihres Wassers während ihres Wachstums selbst gebildet haben. In Hochtemperaturversuchen reagierte trockenes Silikatgestein mit Wasserstoff, wobei metallisches Eisen und Wasserdampf entstanden. Der Prozess bietet eine Alternative zur ausschließlichen Anlieferung durch wasserreiche Himmelskörper, lässt aber offen, wie viel Wasser die Erde tatsächlich auf diese Weise erhielt.
Albuquerque (U.S.A.). Der Ursprung des irdischen Wassers ist noch immer nicht abschließend geklärt. Häufig werden wasserreiche Asteroiden, Kometen oder eisige Gesteinsstücke als Lieferanten genannt, die Material aus kälteren Bereichen des frühen Sonnensystems mitbrachten. Doch möglicherweise entstand ein Teil des Wassers bereits beim Aufbau der Erde.
Eine solche Wasserquelle setzt keine eisigen Bausteine voraus. Bei der sogenannten Pebble-Akkretion wächst ein Planet, indem er millimeter- bis zentimetergroße Gesteinsbrocken aus seiner Umgebung aufnimmt. Umgibt ihn dabei eine heiße, wasserstoffreiche Gashülle, können diese Brocken schmelzen und mit dem Gas reagieren.
Forscher der University of New Mexico (UNM) um Dr. Susmita Garai haben diesen möglichen Entstehungsweg nun experimentell untersucht. Sie wollten herausfinden, wie trockenes, eisenhaltiges Silikatgestein mit Wasserstoff reagiert und ob sich dabei genügend Wasser für planetare Ozeane bilden könnte.
Das Team erhitzte silikatische Proben bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.400 Grad Celsius. Darunter war Basalt vom Mittelozeanischen Rücken, dessen Wasseranteile die Forscher vor dem eigentlichen Versuch entfernten. Die Proben blieben für 15 Minuten bis drei Stunden in einem Wasserstoffstrom. Vergleichsversuche erfolgten in Helium.
Unter Wasserstoff entzog das Gas dem Eisenoxid im Gestein Sauerstoff. So entstanden metallisches Eisen und Wasserdampf. Unter geeigneten Versuchsbedingungen wurden nahezu 80 Prozent des vorhandenen Eisenoxids zu Metall umgewandelt. In den Helium-Kontrollen blieb die entsprechende Reaktion aus. Das belegt den chemischen Mechanismus, nicht jedoch bereits die Wassermenge auf der frühen Erde.
„Bisherige Vorstellungen über die Herkunft des Wassers auf der Erde gehen von einer äußeren Quelle aus, etwa von Kometen oder Meteoriten“, erklärt Prof. Zachary D. Sharp von der University of New Mexico (UNM).
In der Anfangsphase des Planetenwachstums könnten solche Reaktionen immer wieder abgelaufen sein. Der Wasserdampf wäre dann direkt in der heißen Ur-Atmosphäre entstanden, statt ausschließlich mit wasserhaltigen Brocken auf den Planeten gelangt zu sein.
Die Experimente zeigten noch einen zweiten Effekt. Das neu gebildete Eisen nahm besonders viel Phosphor aus dem geschmolzenen Silikat auf. Auch leichter flüchtige Bestandteile wie Natrium und Schwefel konnten beim Erhitzen entweichen. Dadurch änderte sich nicht nur der Wassergehalt, sondern auch die chemische Zusammensetzung des zurückbleibenden Gesteins.
Wenn das metallische Eisen auf der wachsenden Erde anschließend in den Kern sank, könnte es Phosphor mitgenommen haben. Das würde erklären, warum der Erdmantel im Vergleich zum Mars relativ wenig Phosphor enthält. Auch das niedrige Verhältnis von Eisen zu Magnesium im ursprünglichen Erdmantel passt zu diesem vorgeschlagenen Ablauf. Diese Deutung bleibt allerdings vom angenommenen Ablauf der Planetenentstehung abhängig.