In den ersten Jahren des Sonnensystems brauchte die frühe Erde viel weniger Zeit, um sich zu formen, als wir bisher dachten.
Laut einer neuen Analyse von Eisenisotopen, die in Meteoriten gefunden wurden, dauerte es fast 5 Millionen Jahre, bis der größte Teil der Erde zusammenkam – ein Vielfaches weniger, als aktuelle Modelle vermuten lassen.
Diese Überarbeitung ist ein wesentlicher Beitrag zu unserem derzeitigen Verständnis der Planetenbildung, was darauf hindeutet, dass die Mechanismen auch zwischen Planeten desselben Typs, die sich in demselben Gebiet befinden – felsigen Planeten wie Mars und Erde – vielfältiger sein können als wir denken.
Sie sehen, wir sind uns nicht 100% sicher, wie sich Planeten bilden. Astronomen haben eine ziemlich gute allgemeine Vorstellung, aber die feineren Details … nun, sie sind in Aktion ziemlich schwer zu sehen.
Die breiten Striche des Planetenbildungsprozesses sind mit der Bildung des Sterns selbst verbunden. Sterne bilden sich, wenn sich ein Klumpen in einer Staub- und Gaswolke unter seiner eigenen Schwerkraft sammelt und sich zu drehen beginnt. Dies führt dazu, dass der umgebende Staub und das umgebende Gas um ihn herum zirkulieren, wie Wasser, das um einen Abfluss zirkuliert.
Während sich das Material dreht, bildet es eine flache Scheibe, die den wachsenden Stern füttert. Aber nicht die gesamte Scheibe wird absorbiert – was übrig bleibt, wird als protoplanetare Scheibe bezeichnet und bildet weiterhin Planeten; Deshalb befinden sich alle Planeten des Sonnensystems grob auf einer flachen Ebene um die Sonne.
Wenn es um die Planetenbildung geht, wird angenommen, dass winzige Staub- und Gesteinspartikel in der Scheibe elektrostatisch aneinander haften. Wenn sie an Größe zunehmen, nimmt auch ihre Gravitationskraft zu. Sie beginnen durch zufällige Interaktionen und Kollisionen andere Cluster anzuziehen und nehmen an Größe zu, bis sie zu einem ganzen Planeten werden.
Es wurde angenommen, dass dieser Prozess für die Erde zig Millionen Jahre dauerte. Laut Wissenschaftlern der Universität Kopenhagen in Dänemark zeigen die Eisenisotope im Erdmantel das Gegenteil.
In ihrer Zusammensetzung unterscheidet sich die Erde von anderen Körpern im Sonnensystem. Erde, Mond, Mars, Meteoriten – alle enthalten natürlich vorkommende Eisenisotope wie Fe-56 und das leichtere Fe-54. Aber der Mond, der Mars und die meisten Meteoriten haben die gleiche Anzahl, während es auf der Erde viel weniger Fe-54 gibt.
Der einzige andere kosmische Körper, dessen Zusammensetzung der der Erde ähnelt, ist ein seltener Meteoritentyp namens CI-Chondriten. Das Interessante an diesen Meteoriten ist, dass sie eine ähnliche Zusammensetzung wie das gesamte Sonnensystem haben.
Stellen Sie sich vor, Sie hätten alle Zutaten für einen Salat. Mischen Sie sie alle in einem großen Topf – dies ist die protoplanetare Scheibe und dann das Sonnensystem. Wenn Sie Ihre Zutaten jedoch in mehrere kleine Töpfe mit unterschiedlichen Anteilen der einzelnen Zutaten gestreut haben, haben Sie jetzt separate Planeten und Asteroiden.
Das Besondere an CI-Chondriten ist, dass sie nach dieser Analogie wie kleine Töpfe aussehen, die die anfänglichen Anteile der Inhaltsstoffe enthalten. Eines dieser kosmischen Gesteine zur Hand zu haben, ist wie ein Mikrokosmos aus Staub, der zu Beginn des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren in einer protoplanetaren Scheibe wirbelt.
Nach modernen Modellen der Planetenbildung wäre der Eisengehalt im Erdmantel repräsentativ für eine Mischung aller Arten von Meteoriten mit einem höheren Fe-54-Gehalt, wenn Materie einfach miteinander gemischt würde.
Die Tatsache, dass die Zusammensetzung unseres Planeten nur mit CI-Chondriten vergleichbar ist, legt ein anderes Formationsmodell nahe. Anstatt sich zu häufen, glauben die Forscher, dass sich der Eisenkern der Erde früher in einem Regen aus kosmischem Staub gebildet hat – ein schnellerer Prozess als die Ansammlung größerer Gesteine. Während dieser Zeit wurde ein Eisenkern gebildet.
Wenn sich das Sonnensystem nach den ersten hunderttausend Jahren abkühlte, konnte CI-Staub vom äußersten Rand nach innen wandern, wo sich die Erde bildete. Es ist über die ganze Erde verstreut.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Erde in diesem Zeitraum gewachsen sein muss, da die Bildung der protoplanetaren Scheibe – und die große Menge Staub darin, die auf die Erde hätte fallen können – nur etwa 5 Millionen Jahre gedauert hat.
“Dieser zusätzliche CI-Staub überdruckte die Zusammensetzung des Eisens im Erdmantel, was nur möglich ist, wenn sich der größte Teil des vorherigen Eisens bereits im Kern befand”, erklärte der Geologe Martin Schiller von der Universität Kopenhagen.
Dies erweitert nicht nur unser Verständnis der Planetenbildung, sondern kann auch unser Verständnis des Lebens im Universum beeinflussen. Es ist möglich, dass diese Art der Planetenbildung eine Voraussetzung für lebensfördernde Bedingungen ist.
„Wir wissen jetzt, dass die Planetenbildung überall stattfindet. Wir haben gemeinsame Mechanismen, die funktionieren und Planetensysteme schaffen. Wenn wir diese Mechanismen in unserem eigenen Sonnensystem verstehen, können wir ähnliche Schlussfolgerungen über andere Planetensysteme in der Galaxie ziehen “, sagte der Kosmochemiker Martin Bizzarro von der Universität Kopenhagen.
Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Quellen: Foto: NASA / JPL
