Eine neue an der ETH Zürich vorgelegte Untersuchung von zehn Elementsystemen zeigt, dass nahezu das gesamte Baumaterial der Erde aus dem inneren Sonnensystem stammt. Meteoriten-Daten belegen, dass der Anteil von Material aus der Region jenseits des Jupiter bei unter zwei Prozent liegt oder sogar null betragen könnte.
Die Entstehungsgeschichte unseres Planeten steht auf dem Prüfstand. Bislang galt in der Planetenforschung die gängige Annahme, dass ein beachtlicher Teil des irdischen Materials aus den äußeren Regionen jenseits des Jupiter stammte. Eine Analyse von Meteoriten-Daten stellt diese Theorie nun grundlegend infrage und liefert neue Einblicke in die physikalischen Barrieren des frühen Sonnensystems, wie die Auswertung von Forscherdaten der ETH Zürich zeigt.
Das innere Sonnensystem als alleiniges Materialreservoir
Für die Untersuchung werteten die Planetenforscher Paolo Sossi und Dan Bower von der ETH Zürich Isotopenmessungen aus zehn verschiedenen Elementsystemen aus. Isotope sind Varianten eines Elements, die sich durch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen und damit durch ihre Masse unterscheiden. Die Forscher verglichen die chemische Zusammensetzung der Erde mit Daten zahlreicher Meteoriten, darunter auch Proben vom Mars und dem Asteroiden Vesta.
Frühere Untersuchungen hatten meist nur zwei Isotopensysteme berücksichtigt und daraus Hinweise auf eine Vermischung von Material aus den inneren und äußeren Bereichen abgeleitet. Die neue statistische Auswertung von zehn Systemen findet dafür jedoch keine Belege. Der Anteil von Materie aus dem äußeren Sonnensystem liegt der Studie zufolge bei weniger als zwei Prozent und könnte sogar bei null liegen.
Die Rolle des Jupiters als kosmische Barriere
Die Verteilung der Materie im frühen Sonnensystem wurde maßgeblich durch den Gasriesen Jupiter geprägt. In der Frühphase wuchs der Planet rasch heran und erzeugte durch seine starke Gravitation eine Lücke in der ursprünglichen Scheibe aus Gas und Staub, aus der sich die Planeten formten.
Durch diesen Prozess fungierte der Jupiter vermutlich als wirksame Barriere. Er schränkte den Transport von Partikeln aus dem äußeren Sonnensystem in die inneren Regionen stark ein, sodass die Erde aus einem einzigen, umschriebenen Materialreservoir im inneren Bereich entstand.
Offene Fragen zum irdischen Wasser
Die neuen Ergebnisse werfen jedoch ein ungelöstes Problem auf: Woher stammt das Wasser der Erde? Bisher galt wasserreiches Material aus den äußeren Regionen hinter Jupiter als die wahrscheinlichste Hauptquelle. Wenn dieser Zustrom jedoch weitgehend ausblieb, muss das Wasser bereits im inneren Sonnensystem vorhanden gewesen sein — trotz der dort während der Planetenbildung herrschenden hohen Temperaturen.
Wissenschaftler vermuten, dass auch die benachbarten Planeten Merkur und Venus eine ähnlich geartete Entstehungsgeschichte durchlaufen haben. Mangels geeigneter Gesteinsproben lässt sich diese Hypothese derzeit allerdings nicht überprüfen. Als nächsten Schritt wollen die Forscher an der ETH Zürich daher klären, wie die Erde unter diesen Bedingungen genügend Wasser für die Entstehung ihrer heutigen Ozeane erhalten konnte.
