Woher kam der Mond? Die populärste Theorie besagt, dass vor etwa 4,5 Milliarden Jahren ein marsgroßer Protoplanet auf die Erde prallte. Einige der entstandenen Trümmer wurden in die Umlaufbahn geschleudert und vereinten sich, um den Mond zu bilden.
Diese als „Big Whack“ bekannte Idee würde viel über den Mond erklären. Aber den Wissenschaftlern fehlten überzeugende Beweise wie ein Krater oder Teile des Protoplaneten namens Theia.
In einer am Mittwoch in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Studie behaupten Forscher, dass Teile von Theia den Einschlag überlebt haben – allerdings weit unten, an der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern, 1.900 Meilen unter der Oberfläche.
„Wir haben in die tieferen Erdschichten geschaut“, sagte Qian Yuan, ein Postdoktorand am California Institute of Technology, der die Forschung leitete. „Wir haben große Teile des Impaktors Theia gefunden.“
Dr. Yuans Interesse entstand während eines Kurses zur Planetengeochemie, als er Student an der Arizona State University war. Er erinnerte sich, dass der Professor eine einfache Frage gestellt habe: „Wo ist der Impaktor Theia gerade?“
„Diese Idee hat mich wirklich begeistert“, sagte Dr. Yuan.
Ein Teil von Theia bildet jetzt den Mond. Aber wenn Theia die Größe des Mars hätte, dann landeten etwa 90 Prozent seiner Masse wieder auf der Erde. Ein Teil davon schmolz sicherlich und vermischte sich mit den Mineralien der Erde. Aber vielleicht blieben einige Teile des Protoplaneten fast unversehrt.
Dr. Yuan fragte sich, ob diese Stücke möglicherweise zwei mysteriöse Strukturen tief im Inneren der Erde bilden, an der Grenze zwischen Kern und Mantel. Die Blobs – einer unter Westafrika, der andere unter dem Pazifischen Ozean – erstrecken sich über eine Fläche so groß wie ein Kontinent und erstrecken sich Hunderte von Kilometern in den Erdmantel.
Sie wurden erstmals vor einem halben Jahrhundert entdeckt, als Forscher erkannten, dass seismische Wellen – die durch Erdbeben erzeugten Erschütterungen – beim Durchgang durch diese Regionen langsamer wurden. Es ist schwierig, viel über die Strukturen zu erkennen, außer dass sie existieren. Die seismischen Daten ähneln einem Sonogramm des Planeten und bieten unscharfe, impressionistische Ansichten der Struktur. Sie geben weder Aufschluss über die Temperatur noch über die Beschaffenheit der Strukturen. Es ist unmöglich, so tief in den Planeten zu bohren, um Proben zu entnehmen.
Der Fleck unter Westafrika ist als Tuzo bekannt, nach J. Tuzo Wilson, einem kanadischen Geophysiker und Pionier der Theorie der Plattentektonik. Der andere, tief unter dem Pazifischen Ozean, heißt Jason, nach W. Jason Morgan, der vermutete, dass die Hotspots von Materialwolken herrühren, die aus dem tiefen Erdmantel aufsteigen.
Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Tuzo und Jason möglicherweise aus der Urerde bestanden – kristallisierten Teilen des Magma-Ozeans, die einst die Oberfläche bedeckten und sich nie mit dem Rest des Erdmantels vermischten. Andere dachten, die Strukturen könnten Brocken der Meereskruste sein, die im Erdmantel versunken seien.
Dr. Yuan stellte fest, dass die Volumen von Tuzo und Jason in etwa mit denen des Mondes vergleichbar seien, was ihn und seine Kollegen zu der Frage veranlasste, ob es sich möglicherweise um weitere Teile von Theia handelte.
Im Nature-Artikel führten sie eine Reihe von Computersimulationen durch, bei denen sie Theia und die Erde in Stücke zerlegten und die Bewegung der Stücke während und nach der Kollision verfolgten.
Als Theia die Erde traf, schmolzen die Modelle durch die Kollision die Kruste und den äußeren Teil des Erdmantels und vermischten sie mit Teilen von Theia. Aus dieser Trümmerwolke entstand der Mond.
Die Simulationen zeigten auch, dass mehr als 10 Prozent des Mantels von Theia im tiefen Erdmantel eingebettet gewesen sein könnten, sagte Dr. Yuan. Da angenommen wird, dass der Mantel von Theia eisenreicher war als der der Erde, könnten diese dichteren Teile bis zur Kern-Mantel-Grenze der Erde abgesunken sein. Die Konvektion im Erdmantel schwemmte dann die Theia-Teile nach Tuzo und Jason. (In den Simulationen bildeten sich entweder zwei oder drei Strukturen.)
„Für mich ist es sehr interessant und neu“, sagte Paul Tackley, Professor für Geophysik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, der nicht an der neuen Studie beteiligt war.
Dr. Tackley sagte, die Simulationen lieferten eine überzeugende Hypothese, aber keinen Beweis, und Dr. Yuan sagte, es sei immer noch möglich, dass die Kleckse von der Meereskruste oder Urresten stammten.
„Unsere Studie kann andere Gründe nicht ausschließen“, sagte Dr. Yuan.
Die Ergebnisse könnten Wissenschaftler dazu anregen, genauer zu untersuchen, wie der riesige Einschlag die Fließbandbewegung der Kontinente beeinflusst haben könnte. „Es könnte langfristige Auswirkungen auf die weitere Entwicklung der Erde gehabt haben“, sagte Dr. Yuan.
