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Science Advances veröffentlichte Studie zeigt durch Experimente bei sehr hohem Druck und hoher Temperatur am Institut de physique du globe de Paris (IPGP), dass die flüchtigen Elemente – Schlüsselelemente für die Bewohnbarkeit – früher als bisher angenommen eingebaut wurden, und zwar bereits in den ersten Phasen der Erdentstehung.
Diese Ergebnisse stellen das vorherrschende Szenario in Frage, wonach diese Elemente größtenteils später durch einen "späten Einschlag" (late veneer) von volatilreichen Meteoriten hinzugefügt worden sein sollen.
Entstehung der Erde / @IPGP. Die Theorie des späten Einschlags wird in Frage gestellt
Seit über fünfzig Jahren nimmt das sogenannte Late-Veneer-Modell ("später Einschlag") einen zentralen Platz in den Theorien zur Erdentstehung ein. Nach dieser Hypothese wären bei der anfänglichen Differenzierung des Planeten – als sich der metallische Kern vom Mantel trennte – die eisenaffinen Elemente fast vollständig in das Zentrum gezogen worden. Der Mantel wäre daher stark an flüchtigen Elementen wie Schwefel (S), Selen (Se) und Tellur (Te) verarmt gewesen.
Um ihre heutigen Häufigkeiten zu erklären, wäre eine spätere Zufuhr von extraterrestrischem Material, insbesondere kohlenstoffhaltigen Meteoriten, nötig gewesen, die die Erde nach der Bildung ihres Kerns angereichert hätten. Diese neuen Experimente zeigen, dass dieses Szenario grundlegend neu bewertet werden muss.
Die extremen Bedingungen der frühen Erde reproduzieren
Um diese Hypothese direkt zu testen, reproduzierten die Forscher im Labor die extremen Bedingungen, die während der Bildung des Erdkerns herrschten, vergleichbar mit denen eines tiefen Magmaozeans.
Die Experimente wurden am IPGP mit einer laserbeheizten Diamantstempelzelle durchgeführt. Die nanometergenauen Analysen der Elementverteilung zwischen Metall und Silikat erfolgten an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble.
Diese Ergebnisse beruhen nun auf Messungen, die unter den tatsächlich relevanten Bedingungen für die Kernentstehung durchgeführt wurden, und nicht mehr auf probabilistischen Schätzungen, die von Experimenten bei niedrigerem Druck und niedrigerer Temperatur abgeleitet wurden und bisher die Hypothese eines massiven späten Einschlags stützten.
Eine von Beginn an an Flüchtigen reiche Erde
Die Ergebnisse zeigen, dass unter diesen realistischen Bedingungen der Kernbildung Schwefel, Selen und Tellur weniger stark in den Kern gezogen werden, als es Experimente bei niedrigerem Druck nahelegten. Mit anderen Worten, der Erdmantel könnte bereits bei der anfänglichen Differenzierung des Planeten einen signifikanten Anteil dieser Elemente behalten haben.
Die aus diesen neuen Daten abgeleiteten Modelle deuten darauf hin, dass der späte Einschlag – falls es ihn gab – auf etwa 0,1 % der Erdmasse beschränkt gewesen wäre, also etwa vier- bis fünfmal weniger als die klassischen Schätzungen.
Diese Ergebnisse legen daher nahe, dass das Budget an flüchtigen Elementen der Erde – und möglicherweise ein erheblicher Teil ihres Wassers – hauptsächlich während der anfänglichen Akkretion, während des Wachstums des Planeten selbst, und nicht während eines bedeutenden späteren Ereignisses festgelegt wurde.
Implikationen für den Ursprung der Bewohnbarkeit
Diese Revision des Akkretionsszenarios der Erde verändert unser Verständnis vom Ursprung der lebenswichtigen Elemente grundlegend. Wenn die flüchtigen Elemente bereits von den ersten Phasen der Planetenentstehung an nach und nach eingebaut wurden, bedeutet das, dass die Bewohnbarkeit eines Planeten mehr von seiner frühen Akkretionsgeschichte abhängen könnte als von einem außergewöhnlichen späteren Ereignis.
Die Ergebnisse eröffnen somit neue Perspektiven auf die Bildung terrestrischer Planeten und die Verteilung flüchtiger Elemente im Sonnensystem.
Quelle: IPGP