Die Geburt des Mondes - die Eltern
sind Theia und Gaia
Aus Untersuchungen an Erd- und Mondgestein sowie
Meteoriten haben jetzt Geowissenschaftler vom Mineralogischen Institut
der Universität Münster und vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie
die Entstehungsgeschichte des Mondes abgeleitet. Demnach ist der Erdtrabant
vor 4,53 Milliarden Jahren durch die Kollision zwischen der Erde und einem
Kleinplaneten entstanden. Er besteht zumindest zur Hälfte aus Erdmaterial
(Science, 4. Juli 2003).
Der nächtliche Sternenhimmel
hat die Menschheit schon seit Jahrtausenden fasziniert und dazu bewegt,
sich Gedanken über die Herkunft des scheinbar größten Himmelsgestirns,
des Mondes (in der griechischen Mythologie Selene genannt), zu machen.
Schon früh erkannten die Menschen, dass der Mond um die Erde (in der griechischen
Mythologie Gaia genannt) kreist und bekannte Naturphänomene wie Ebbe und
Flut sowie gelegentlich eine Sonnenfinsternis erzeugt. Lange ging man
davon aus, dass sich die Erde mit ihrer großen Anziehungskraft den Mond
"eingefangen" hat und dieser sich deswegen heute auf einer Umlaufbahn
um die Erde bewegt.
Seit den ersten Mondlandungen verfügen die Wissenschaftler
über Gesteinsproben vom Mond. Untersuchungen dieser Proben belegen, dass
der Mond in seiner chemischen Zusammensetzung der Erde zwar sehr ähnlich
ist, sich im Detail aber von ihr auch etwas unterscheidet. So hat der
Mond beispielsweise einen viel geringeren Gehalt an Eisen als die Erde.
Aus diesem Grund vermuten Planetenforscher heute, dass der Erdtrabant
durch einen Zusammenprall der Erde mit einem Kleinplaneten entstand. Dieser
hypothetische marsgroße Planet wird Theia genannt. Theia ist in der griechischen
Mythologie die Mutter der Mondgöttin Selene. Seit mehr als 20 Jahren rätseln
die Wissenschaftler darüber, wann diese katastrophale Mondgeburt stattfand
und wie viel Mondmaterial jeweils von den beiden Elternplaneten, Theia
und Gaia, stammt.
Geowissenschaftler vom Mineralogischen Institut der
Universität Münster und vom Mainzer Max-Planck Institut für Chemie konnten
jetzt diese Frage durch genaue Messungen des Gehalts der seltenen chemischen
Elemente Niob (Nb) und Tantal (Ta) in Gesteinen von der Erde, vom Mond
und in Meteoriten klären. Diese beiden Elemente verhalten sich fast wie
"eineiige Zwillinge": Sie reagieren chemisch fast gleich und werden nicht
von einander getrennt. Deshalb kommen Nb und Ta überall im Sonnensystem
im gleichen Verhältnis vor. Der Münsteraner Carsten Münker und seine Kollegen
konnten nun zeigen, dass in der siliziumreichen Hülle der Erde etwa 30
Prozent Niob - im Vergleich zum Tantal - fehlt und dass sich das "fehlende"
Niob im metallischen Erdkern befindet. Die Untersuchungen von Meteoriten
aus dem Asteroidengürtel und vom Mars belegen wiederum, dass in diesen
Himmelskörpern kein Niob in der Silikathülle fehlt. Der Grund für diesen
Unterschied zwischen der Erde und den anderen Himmelskörpern liegt daran,
dass sich Niob nur bei extrem hohen Drücken im Metallkern löst. Nur die
Erde hatte die dafür nötige Größe, so dass bei der Bildung des Eisenkerns
ein derart hoher Druck entstehen konnte, der ausreichend war, um einen
Teil des Niobs im Kern aufzunehmen. Interessanterweise fanden die Forscher
nun heraus, dass auch im Mond etwas Niob fehlt, und das, obwohl er viel
kleiner als die Erde oder der Mars ist. Über die Menge an Niob, die im
Mond fehlt, kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass mindestens die Hälfte
des Mondes von der an Niob verarmten Silikathülle der Erde stammen muss.
Aus diesen wichtigen Beobachtungen ergibt sich folgendes
Szenario für die Entstehung von Erde, Mond und dem gesamten Sonnensystem:
Vor etwa 4,56 Milliarden Jahren begann das Sonnensystem sich aus einem
solaren Nebel zu formen. Innerhalb weniger Millionen Jahre sammelte sich
das meiste Material (ca. 99%) in seinem Zentrum und bildete die Sonne.
Aus dem verbleibenden 1% formierten sich die Planeten. Nach etwa 30 Millionen
Jahren hatte die Erde schon fast ihre heutige Größe erreicht und verfügte
bereits über einen eisenreichen Metallkern und einen siliziumreichen Mantel.
Das Ende der Bildung dieses metallischen Kernes wurde ebenfalls kürzlich
am Institut für Mineralogie in Münster datiert. Ungefähr zeitgleich kollidierte
ein etwa marsgroßer Himmelskörper (Theia) mit der Erde. Durch die Gewalt
des Zusammenstoßes wurde dieser Kleinplanet zerstört, doch auch von der
Erde wurden Teile der siliziumreiche Hülle weggesprengt. Dieses Trümmermaterial
mischte sich im Orbit um die Erde. Es enthielt weniger Eisen als die Erde,
da ihr eisenreicher Metallkern von der Zerstörung weitgehend verschont
blieb. Aus diesem Schutt eines Kleinplaneten und Teilen der Erdhülle ballte
sich dann der Mond zusammen.
04. Juli 2003
Die Geburt des Mondes - die Eltern
sind Theia und Gaia
Frankfurter Mineraloge und Münsteraner Kollegen
lüften das Geheimnis in 'Science'.
FRANKFURT. Der einfache
Blick in den nächtlichen Sternenhimmel hat schon seit jeher Forscher dazu
animiert, sich Gedanken über die Herkunft des Mondes zu machen. Schon
früh wusste man, dass sich der Mond um die Erde bewegt und Naturphänomene
wie Ebbe und Flut erzeugt. Zudem verdunkelt er ab und zu die Sonne und
macht so das Schauspiel einer totalen Sonnenfinsternis möglich.
Lange ging man davon aus, dass die Erde den Mond eingefangen
hat und der Mond sich deswegen heute auf einer Umlaufbahn um die Erde
bewegt. Seit den ersten Mondlandungen weiß man, dass der Mond in seiner
chemischen Zusammensetzung der Erde sehr ähnlich ist, es gibt aber auch
gravierende Unterschiede: So hat der Mond einen viel geringeren Eisengehalt
als die Erde. Daher glauben Planetenforscher heute, dass der Mond durch
den Zusammenstoß eines Planeten mit der Erde entstand, der mit 10 Prozent
der Erdmasse ungefähr die Größe des Mars hatte. Seit mehr als 20 Jahren
diskutieren Wissenschaftler den Zeitpunkt der katastrophalen Geburt des
Mondes und wie viel Material von seiner Mutter Erde und wie viel vom Vater,
dem fremdem Kleinplaneten, stammt.
Eine Gruppe von Geowissenschaftlern der Mineralogischen
Institute aus Frankfurt und Münster sowie vom Max Planck-Institut in Mainz
konnten diese Frage jetzt durch genaue Messungen der seltenen chemischen
Elemente Niob (Nb) und Tantal (Ta) in Gesteinen von Erde, Mond und in
Meteoriten klären.
Die beiden chemischen Elemente verhalten sich fast
wie Zwillinge - sie kommen überall im Sonnensystem im gleichen Verhältnis
vor. Die Gruppe von Geochemikern konnte nun zeigen, dass im Erdmantel
ca. 30 Prozent Nb im Vergleich zum Ta fehlen. Dies ist bei Meteoriten
aus dem Asteroidengürtel und vom Mars nicht der Fall. Der Grund für diesen
Unterschied zwischen der Erde und den anderen Himmelskörpern ist, dass
sich Nb bei extrem hohen Drücken im Metallkern löst. Dieser hohe Druck
bei der Kernbildung wurde jedoch nur von der Erde aufgrund ihrer Größe
erreicht. Interessanterweise - das fanden die Forscher nun heraus - fehlt
auch im Mond etwas Nb, obwohl er viel kleiner als Erde oder Mars ist.
Dies lässt sich nur dadurch erklären, dass sich der Mond mindestens zur
Hälfte aus dem bereits an Nb verarmten Silikatmantel der Erde gebildet
hat.
Daraus ergibt sich folgendes Szenario für die Entstehung
von Erde, Mond und dem Sonnensystem: Vor etwa 4.56 Milliarden Jahren fing
das Sonnensystem an, sich aus einem solaren Nebel zu formen. Innerhalb
weniger Millionen Jahre sammelten sich etwa 99 Prozent des Materiales
in der Mitte und bildeten die Sonne. Aus dem übrigen 1 Prozent Materie
bildeten sich die Planeten. Nach etwa 30 Millionen Jahren hatte die Erde
schon fast ihre heutige Größe erreicht und es bildete sich der eisenreiche
Metallkern - erst kürzlich am Mineralogischen Institut der Universität
Münster datiert. Fast zeitgleich kollidierte ein etwa Mars-großer Körper
mit der Erde - dies war die Geburtsstunde des Mondes.
Durch die Gewalt des Zusammenstoßes wurde der fremde
Planet, aber auch der siliziumreiche Erdmantel, aufgeschmolzen und zum
Teil sogar verdampft. Der Mond bildete sich aus dieser Trümmermasse, die
in den Weltraum geschleudert wurde und die Erde umkreiste. Da der eisenreiche
Metallkern der Erde von der Zerstörung weitgehend verschont blieb, hat
der Mond weniger Eisen als die Erde. Dennoch besteht der Mond wenigstens
zur Hälfte aus Material seiner Mutter, der Erde.
04. Juli 2003
Quellen und weitere Informationen:
-
Originalveröffentlichung: Carsten Münker, Jörg
A. Pfänder, Stefan Weyer, Anette Büchl, Thorsten Kleine, Klaus Mezger:
Evolution of planetary cores and the Earth - Moon system from Nb/Ta
systematics. Science, 4. Juli 2003
