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Erde und Mars sind auf grundlegend unterschiedliche Weise entstanden
Erde und Mars entstanden im selben jungen Sonnensystem, doch offenbar mit deutlich verschiedenen Mischungen ihrer Bausteine. Eine neue Analyse flüchtiger Elemente deutet darauf hin, dass die Erde überwiegend aus Protoplaneten hervorging, die kleine Partikel einsammelten, während Mars vor allem aus größeren Gesteinsbausteinen, sogenannten Planetesimalen, wuchs. Das gegensätzliche Mischungsverhältnis stützt ein hybrides Modell der Planetenentstehung.
Kopenhagen (Dänemark). Erde und Mars gehören zu den felsigen Planeten des inneren Sonnensystems und entstanden vor rund 4,5 Milliarden Jahren aus demselben Gas- und Staubreservoir. Trotz dieser gemeinsamen Umgebung ist bis heute umstritten, wie stark Kollisionen größerer Körper und die Aufnahme kleinerer Partikel zu ihrem Wachstum beitrugen.
Beide Planeten tragen in ihrer silikatischen Hülle außerdem eine auffällige Verarmung an mäßig flüchtigen Elementen. Weil solche Stoffe bei vergleichsweise hohen Temperaturen verdampfen können, lässt ihr heutiges Mengenmuster Rückschlüsse darauf zu, welche Bausteine und thermischen Prozesse die frühe Entwicklung geprägt haben.
Forscher der University of Copenhagen (UCPH) um Haiyang S. Wang haben nun geprüft, ob sich diese chemischen Signaturen mit einem hybriden Entstehungsmodell erklären lassen. Dazu kombinierte das Team die Zusammensetzung der silikatischen Erde und des silikatischen Mars, also ihrer felsigen Hüllen ohne Metallkern, mit Modellen für zwei grundlegende Wachstumswege.
Beim ersten Weg sammeln wachsende Protoplaneten sogenannte Pebbles ein, also millimeter- bis zentimetergroße Partikel aus der protoplanetaren Scheibe, während Planeten beim zweiten durch Zusammenstöße mit Planetesimalen wachsen, deutlich größeren frühen Gesteinskörpern. Die Forscher modellierten außerdem, wie flüchtige Elemente aus Pebbles entweichen können, wenn diese durch die heiße Gashülle eines wachsenden Protoplaneten sinken.
Für die Rekonstruktion nutzte das Team unter anderem die Mengen von Natrium, Kalium und Zink sowie weiterer gesteinsbildender Elemente. Eine statistische Bayes-Analyse, die Wahrscheinlichkeiten verschiedener Szenarien gegeneinander abwägt, verglich Mischungen von pebble-gewachsenen Protoplaneten und Planetesimalen, deren Elementmuster dem Asteroiden Vesta ähnelt, mit den beobachteten Zusammensetzungen von Erde und Mars.
Für die silikatische Erde liefert das Modell die beste Übereinstimmung, wenn mindestens 75 Prozent ihres Materials aus zwei Protoplaneten stammen, die zuvor durch Pebble-Akkretion gewachsen waren. Bis zu rund 25 Prozent können demnach von Vesta-ähnlichen Planetesimalen beigetragen worden sein.
Für Mars fällt die Gewichtung nahezu umgekehrt aus, denn die Auswertung weist 27 ± 5 Prozent Material aus Pebble-Akkretion und 73 ± 5 Prozent Vesta-ähnliche Planetesimale aus. Damit unterstützt die Studie keinen einzelnen universellen Wachstumsweg, sondern unterschiedliche Mischungsverhältnisse derselben grundlegenden Prozesse.
Studienautor Professor Anders Johansen von der UCPH hebt besonders den direkten Vergleich der beiden Nachbarplaneten hervor.
„Das überraschendste Ergebnis war, dass Erde und Mars offenbar auf unterschiedliche Weise entstanden sind. Man hätte erwarten können, dass zwei Planeten, die nebeneinander im selben Sonnensystem entstanden, eine ähnlichere Entstehungsgeschichte teilen“, sagt Professor Anders Johansen.