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MONDENTSTEHUNG
Isotopenanalyse stützt Einschlagtheorie
Redaktion / Pressemitteilungen der Universitäten Köln und Göttingen
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6. Juni 2014

Der Mond, so die allgemein akzeptierte These, entstand vor rund 4,5 Milliarden Jahren durch die Kollision des marsgroßen Planeten Theia mit der noch jungen Erde. Eine detaillierte Analyse von Mondgestein lieferte nun einen weiteren Beweis dafür, dass diese Vorstellung korrekt ist. Sie ergab auch Hinweise darauf, wo Theia einst entstanden sein könnte.

Einschlag

Der Mond entstand vermutlich durch den Zusammenstoß eines marsgroßen Objekts mit der jungen Erde. Bild: NASA/JPL-Caltech

Forscher der Universitäten Köln, Göttingen und Münster konnten erstmals einen Unterschied im Verhältnis der Sauerstoffisotope zwischen Erde und Mond nachweisen. Die Ergebnisse bestätigen die Impakthypothese der Mondbildung. Diese besagt, dass der Mond das Resultat einer katastrophalen Kollision der frühen Erde und eines wahrscheinlich marsgroßen Planeten namens Theia ist. Diese Kollision fand vor 4,5 Milliarden Jahren statt. Dr. Daniel Herwartz von der Universität Köln führte die Untersuchungen zusammen mit seinen Kollegen Professor Andreas Pack aus Göttingen und Professor Addi Bischoff in Münster durch.

Die Geowissenschaftler lösten Sauerstoff aus Mondproben, die von den NASA-Astronauten zwischen 1969 und 1972 zurück zur Erde gebracht wurden. "Wir haben den Sauerstoff mittels Laserfluorinierung freigesetzt und nach einer aufwändigen Reinigungsprozedur im Gasmassenspektrometer analysiert", erläutert Herwartz, der die Studie in Göttingen leitete und jetzt an der Universität Köln arbeitet.

Im Isotopenlabor der Göttinger Geowissenschaften analysierten sie anschließend die Isotopenverhältnisse im gewonnenen Gas. "Das sind hoch präzise Analysen der Verhältnisse des seltenen Sauerstoffisotops 17O zum häufigsten Sauerstoffisotop 16O", so Herwartz. Die Analysen zeigten eine Differenz zwischen Mondgestein und Erdgestein von nur 12 ppm; das sind nur 12 Atome auf eine Million. Das Isotop 17O macht zudem nur 0,04 Prozent des natürlichen Sauerstoffs aus. Das ist das erste Mal, dass Unterschiede in der Sauerstoffisotopie von Mond und Erde festgestellt wurde.

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Die Ergebnisse bestätigen einerseits die Vorhersagen der Impakt-Theorie, da es einen feststellbaren Unterschied in der Isotopenverteilung gibt. Andererseits legen die Daten nahe, dass Theia ähnlich zusammengesetzt gewesen sein könnte wie die Gesteine einer seltenen Gruppe von Meteoriten, den Enstatit-Chondriten. Diese Gruppe hat sich vermutlich in einem ähnlichen Abstand zur Sonne gebildet wie unsere Erde.

"Wenn die Proto-Erde und Theia sich in derselben Region innerhalb der protoplanetaren Scheibe gebildet haben, erklärt das auch, warum Erde und Mond heute eine so ähnliche Isotopenzusammensetzung haben", so Herwartz. Das hat Implikationen für unser Verständnis für die Kollision an sich.

Die große Kollision ist sehr oft in Computermodellen simuliert worden und ein Ergebnis dieser Modelle war, dass sich der Mond zum größten Teil aus den Fragmenten von Theia, also aus dem Material des Impaktors gebildet hat. "Die scheinbar identische Isotopie von Mond und Erde passte da nicht ins Bild", erläutert Herwartz. Nun ist der Unterschied festgestellt.

Die Forscher vermuten, dass der Mond trotz geringen Unterschieds der Isotope einen Teil von Theia in sich trägt: "Weil die Bildungsregion der beiden Körper so ähnlich war, glauben wir, dass der Mond durchaus zu über 50 Prozent aus Material des Impaktors bestehen könnte."

Nur sehr wenige Labors weltweit sind in der Lage, das seltene 17O-Isotop überhaupt zu messen. "Mithilfe unserer Beschäftigten und Studierenden haben wir in Göttingen in den vergangenen drei Jahren intensiv an der Verbesserung der sehr anspruchsvollen Analytik von 17O gearbeitet", so Pack, der das Isotopenlabor am Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen leitet. "Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich die Anstrengung gelohnt hat." Einen Teil der Daten hat der Student Bjarne Friedrichs im Rahmen seiner Bachelorarbeit analysiert.

Über ihre Untersuchung berichten die Wissenschaftler jetzt in der Zeitschrift Science.

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