Meteore helfen dabei, Rätsel über Wasser zu lösen
Mineralien in alten Meteoriten bieten Einblicke in den Ursprung von fast drei Vierteln der Erdoberfläche.
Mineralien in alten Meteoriten bieten Einblicke in den Ursprung von fast drei Vierteln der Erdoberfläche.
Dr. Alice Stephant, eine Astrophysikerin, trägt dazu bei, ein langjähriges Rätsel über das Wasser auf der Erde zu lösen: seinen Ursprung.
Wissenschaftler glaubten lange Zeit, dass Wasser, das 70 % der Erde bedeckt, auf anderen Planeten wahrscheinlich selten oder überhaupt nicht vorhanden ist. Die Annahme war, dass das Wasser auf der Erde aus einer einzigartigen Reihe von galaktischen Ereignissen vor Milliarden von Jahren entstand.
Weit entfernt
Stephant, die am Nationalen Institut für Astrophysik in Italiens Hauptstadt Rom arbeitet, stellt diese langjährigen Annahmen in Frage.
Ihre Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die chemischen Bestandteile des Wassers, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff, aus der riesigen Staub- und Gaswolke stammen könnten, aus der das Sonnensystem der Erde entstanden ist.
Wenn das Wasser aus dieser Wolke direkt in die Bildung von Planeten eingeflossen ist, könnte es überall im Universum vorhanden sein.
„Vielleicht kann diese Art, Wasser auf einen Planeten zu bringen, in jedem anderen Sonnensystem vorkommen“, sagte Stephant, eine gebürtige Französin, die auch in Großbritannien und den USA gearbeitet hat.
Sie leitete ein Forschungsprojekt namens POSEIDON, das von der EU finanziert wurde, um die Ursprünge des Wassers auf der Erde zu erforschen. Das Team untersuchte die chemischen Komponenten von Wasserstoff und Sauerstoff in einer bestimmten Art von Meteoriten: primitiven Achondriten.
Das Projekt wurde im Januar 2023 nach 29 Monaten abgeschlossen.
Sonnengeburt
Das Sonnensystem der Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer wirbelnden Wolke aus Staub und Gas, die als Sonnennebel bekannt ist. Im Laufe der Zeit zog die Gravitation dieses Material in die Mitte des Nebels zusammen.
Als sich fast alles – mehr als 99 % – im Zentrum angesammelt hatte, führte der entstehende Druck und die Hitze aufgrund der Kompression zur Kernfusion, und die Sonne wurde geboren.
Das übrig gebliebene Material umkreiste die Sonne und begann schließlich, sich zu größeren Objekten zu verschmelzen. Einige davon entwickelten sich zu den Planeten und Monden, die wir heute sehen.
Andere taten dies nicht und wurden stattdessen zu Meteoriten, Kometen und Asteroiden. Diese Gesteinsbrocken sind für Wissenschaftler wichtig, da sie Relikte aus der frühen Geschichte des Sonnensystems darstellen.
Primitive Achondrite sind von besonderem Interesse, da sie von Asteroiden stammen, die zu den allerersten Bausteinen der Planeten im Sonnensystem gehörten.
Neue Meteoritengruppe
Stephant hat eine neue Gruppe von primitiven Achondriten identifiziert, die wichtige Hinweise auf die Herkunft des Wassers auf der Erde und anderen Planeten im Sonnensystem liefern.
Bislang waren nur zwei Gruppen von primitiven Achondriten bekannt. Stephant hat eine dritte identifiziert, die sich durch eine so genannte isotypische Zusammensetzung des Sauerstoffs auszeichnet.
Das bedeutet, dass diese Meteoriten aus unterschiedlichem Material aus dem frühen Sonnensystem stammen.
Sie enthalten auch ein anderes Wasserstoffisotop. Das bedeutet, dass der Wasserstoff eine andere Anzahl von Neuronen in seinem Zellkern hat. „Wahrscheinlich gab es mehrere Wasserquellen, nicht nur eine“, sagte Stephant.
Eine der möglichen Quellen ist primordialer Wasserstoff, der wahrscheinlich aus nebulösen Gasen in der frühen Formation des Sonnensystems stammt.
Die Bestandteile des Wassers könnten in den frühesten Bausteinen der Planeten enthalten gewesen sein. Wenn dem so ist, ist es wahrscheinlicher, dass die Bestandteile des Wassers in die chemische Zusammensetzung vieler Planeten aufgenommen wurden.
Und das erhöht erheblich die Wahrscheinlichkeit, dass es auf den Oberflächen anderer Planeten im Universum Wasser gibt.
„Früher sagte man, dass das Wasser auf der Erde aus einer Kombination von vielen Ereignissen besteht, die es einzigartig machen“, so Stephant. „Aber vielleicht ist es in Wirklichkeit nicht so.“
Zeittest
Während Stephant nach weiteren Beweisen für den Ursprung des Wassers sucht, untersucht Dr. Sandrine Péron die Elemente, die mit dem Wasser auf die Erde kamen, um mehr über das frühe Sonnensystem zu erfahren.
Péron ist Geochemikerin an der ETH Zürich, einer Universität in der Schweiz, und stammt aus Frankreich. Sie leitet ein von der EU finanziertes Forschungsprojekt namens VolatileOrigin, das über 29 Monate bis April 2024 läuft.
Sie konzentriert sich auf zwei Edelgase in der Erdkruste: Krypton und Xenon. Krypton- und Xenon-Isotope helfen den Wissenschaftlern, die Ursprünge der flüchtigen Elemente der Erde wie Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser zu verstehen.
Das liegt daran, dass diese Isotope zusammen mit flüchtigen Elementen wie Wasser auf die Erde gebracht wurden. Da die Isotope viel weniger reaktiv sind, behalten sie die alten chemischen Fingerabdrücke bei, die auf ihre Herkunft aus dem frühen Sonnensystem hinweisen.
Die chemischen Signaturen von Krypton und Xenon in einer Klasse von primitiven Meteoriten, die als kohlenstoffhaltige Chondrite bekannt sind, stimmen mit denen des Erdmantels überein. Das zeigt, dass diese Meteoriten in den Erdmantel eingebaut wurden.
Kryptonische Anomalie
Vor einigen Jahren haben Péron und ihre Kollegen an geologischen Brennpunkten in Island und auf den Galapagos-Inseln, wo Magma aus dem Erdinneren aufsteigt, Proben von Krypton im Erdmantel genommen.
Die Forscher entdeckten eine relative Knappheit von Krypton mit der Isotopenzahl 86. „Wir haben festgestellt, dass wir im tiefen Erdmantel ein Defizit an Krypton 86 haben, verglichen mit der durchschnittlichen Zusammensetzung von kohlenstoffhaltigen Chondriten“, sagte Péron.
Wenn das Krypton-86-Defizit auf eine Anomalie bei der Entstehung von Atomkernen im frühen Sonnensystem zurückzuführen ist, würde dies darauf hinweisen, dass Wasser – und andere flüchtige Elemente – auf die Erde gebracht wurden, bevor das Nebelmaterial vollständig durchmischt war.
Museumsstücke
Die kryptonische Anomalie deutet darauf hin, dass neben den kohlenstoffhaltigen Chondriten auch andere Meteoriten zum Erdmantel beigetragen haben.
In VolatileOrigin untersucht Péron Meteoriten, die auf die Erde gefallen sind und sich jetzt in Museen befinden, um festzustellen, ob einige von ihnen dieselbe kryptonische Anomalie wie der tiefe Erdmantel aufweisen.
Das Projekt sucht auch nach Krypton-Defiziten im oberen Erdmantel. Solche Anomalien sind vor der Entstehung des Sonnensystems entstanden und zeigen, dass die verschiedenen Isotope nicht gut vermischt waren, so Péron.
„Diese verschiedenen Isotope werden von verschiedenen Arten von Sternen oder Supernovas produziert“, sagte sie. „Wenn dieses Material in das Sonnensystem integriert wird, könnten wir einige Teile haben, die mehr von einem bestimmten Isotop oder einem anderen erhalten.“
Die chemischen Signaturen, die von diesen alten kosmischen Ereignissen hinterlassen wurden, liefern Hinweise auf den Weg, den Materialien während ihrer frühen Entwicklung zwischen verschiedenen Teilen des Sonnensystems genommen haben.
„Wenn wir diese Anomalien sehen, entweder in Meteoriten oder in der Erde, gibt uns das Informationen über die Prozesse, die während der frühen Phasen der Entstehung des Sonnensystems stattfanden“, fügt Péron hinzu.
Weitere Infos
Artikel von Michael Allen
Die Finanzierung der für diesen Artikel erforderlichen Forschung erfolgte über die Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) der EU. Die Ansichten der Befragten spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Kommission wider. Dieser Artikel wurde ursprünglich in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.