Zusammensetzung von Planeten

cuxmini

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Hallo,

ich bin jetzt schon öfter mal über die Problematik der Zusammensetzung von Planeten oder auch Asteroiden gestolpert. Und habe leider bisher noch keine Antwort darauf gefunden.
Also versuche ich es mal hier :)
Ein Sonnensystem bildet sich ja aus einer Materiewolke. Diese Materie sollte ja wohl relativ Homogen sein, sprich, die unterschiedlichen Atome sollten recht gleichmässig verteilt sein.
Wie kommt es aber dann, dass z.B. im Asteroidengürtel unterschiedliche Asteroiden existtieren? Es gibt Eis-, Gesteins-, Staub-, oder Eisenbrocken. Wie kann es zu ein Ballung entsprechender Atome kommen? Ich hätte jetzt erwartet, dass, wenn eine Sonne enstanden ist, sich die Atome entsprechend der Gravitation/Temperatur um die Sonne "sortieren". So dass Planeten oder auch Asteroiden je nach Entfernung zur Sonne überwiegend aus wenigen, bestimmten Materialien bestehen. Das scheint aber nicht der Fall zu sein.
In der Hoffnung mich verständlich ausgedrückt zu haben....

Gruß
cuxmini
 

mac

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Hallo cuxmini,

willkommen im Forum.

Zu Deiner Frage: Die Asteroiden sind nicht mehr alle so sortiert, wie sie mal entstanden waren. Die Planeten ‚räumen‘ sich ihre Bahnen frei. Sie befördern aber auch noch über weite Entfernungen solche Körper aus ihren ursprünglichen Bahnen. Man kann das ganz gut erkennen auf Bildern, wie z.B. in diesem Artikel. http://de.wikipedia.org/wiki/Asteroidengürtel

Auch die Planeten in unserem Sonnensystem sind nicht mehr zwangsläufig alle noch auf der Bahn, auf der sie mal entstanden sind.

Bei der Entstehung eines Sternensystems gibt es viele Vorgänge, die für eine Entmischung der verschiedenen Elemente sorgen und viele weitere, die diese Elemente wieder vermischen. Ein deutlicher Unterschied bei der Entstehung ist sicher die Eisgrenze, also der Abstand zum sich bildenden Stern, der Wassereis als ‚Kleber‘ noch zuläßt.

Genaueres können Dir dazu aber hier einige Fachleute auf diesem Gebiet erläutern.


Herzliche Grüße

MAC
 

cuxmini

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Re.:

Danke schon mal so weit.
Vielleicht noch mal als Ergänzung. Warum gibt es z.B. Goldadern?
Die Goldatome sagen sich ja nun nicht gerade: schau mal ein Goldatom - da ball ich mich jetzt :)
Gruß zurück...
 

MGZ

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Danke schon mal so weit.
Vielleicht noch mal als Ergänzung. Warum gibt es z.B. Goldadern?
Die Goldatome sagen sich ja nun nicht gerade: schau mal ein Goldatom - da ball ich mich jetzt :)
Gruß zurück...

Die Atome haben ja alle so ihre Geschichten. Ein Goldatom würde zum Beispiel in einer Supernova unter nicht ganz geklärten Umständen entstehen. Es ist nicht klar, ob die schweren Elemente nach dem Zufallsprinzip in einem großen Durcheinander entstehen oder ob jedes Atom unter bestimmten Bedingungen bevorzugt ensteht und sie dann erstmal verklumpen.
Anschließend gibts aber in jedem Fall Prozesse, die zu einer Trennung führen. Eisen und alles, was schwerer ist, sinkt in einem flüssigen Planeten gern zum Kern. Darüber kommen dann zum Beispiel Schichten aus SiO2 und Mineralien der Kieselsäure, die sich durch chemische Prozesse gebildet haben. Die Atome haben außerdem unterschiedliche Spins, Ionisierungs- und Anregungsenergien, sodass sie sich durch Strahlung und Magnetfelder trennen könnten.
 

cuxmini

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Danke MGZ

das mit der Entstehung ist ja soweit auch alles klar. Aber der Einwurf mit dem geschmolzenen Gestein ist schon ganz wichtig. Warum kommt dann das Gold in der Kruste vor. Das kann ja dann nicht alles von der Tektonik kommen. Sollte dann die Erde nicht einen Kern aus Gold, statt eines Eisenkerns haben?

Gruß
cuxmini
 
Zuletzt bearbeitet:

mac

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Warum kommt dann das Gold in der Kruste vor. Das kann ja dann nicht alles von der Tektonik kommen.
Alle Ursachen dafür kenne ich nicht. Eine (von wahrscheinlich vielen) für mich denkbare Quelle wären z.B. Asteroiden.

Sollte dann die Erde nicht einen Kern aus Gold, statt eines Eisenkerns haben?
hat sie wahrscheinlich sogar, nur weil es im Sonnensystem gut 1 Million mal mehr Eisen als Gold gibt, besteht der Kern halt trotzdem überwiegend aus Eisen.

Herzliche Grüße

MAC

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Elementhäufigkeit
 

cuxmini

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Danke MAC,
diese Links waren hilfreich.
Wenngleich dadurch auch nicht alles erklöbar ist.

Gruß
cuxmini
 

Bynaus

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Viele Prozesse wurden hier ja schon mal angesprochen. Ich versuche trotzdem, dir einen Überblick zu geben: Ja, die Wolke, aus der sich das Sonnensystem bildet, ist zunächst ziemlich homogen. Allerdings gibt es gewisse Inhomogenitäten, die sich erhalten, und dann gibt es eine ganze Reihe von Prozessen, die zu "Entmischungen" führen. Dazu gehören:

1) Kondensationstemperatur von Mineralien: in der Nähe der Sonne können andere Mineralien kondensieren als weiter davon entfernt. Es kommt jedoch später zu einer gewissen Mischung quer durch die Scheibe (aber diese ist niemals vollständig).

2) Gravitation eines Planeten entscheidet darüber, ob er bei einer bestimmten Temperatur ein bestimmtes Element halten kann oder nicht. Io z.B. ist für seine Gravitation zu heiss, um Wasser(eis) zu halten. Jupiter ist bei seiner Temperatur massiv genug, um Wasserstoff zu halten. Und so weiter.

3) Differenzierung von grossen Körpern: in der Wolke sind (wenn man von Wasserstoff und Helium absieht) Sauerstoff, Silizium, Magnesium und Eisen am häufigsten. Eisen liegt vorwiegend in metallischer Form vor, während Silizium und Magnesium (und ein Teil des Eisens) mit Sauerstoff "Gesteine" bilden. Metallisches Eisen ist schwerer und sinkt darum ab und bildet den Kern. Allerdings ist die Masse eines Elements sonst nicht besonders wichtig: Eisen kann nur deshalb absinken, weil es sehr häufig ist. Ansonsten richtet sich das Verhalten der Elemente danach, ob sie sich besser in Gesteins- oder Eisenschmelzen lösen (Goldschmidt-System). Uran etwa ist eines der schwersten natürlich vorkommenden Elemente, sank jedoch nicht in den Kern, weil es sich äusserst schlecht in Eisenschmelzen löst. Stattdessen ist es in der Kruste konzentriert. Deshalb ist es eigentlich falsch, wenn man sagt, dass "die schweren Elemente in den Kern sinken".

4) Magmatische und hydrothermale Aktivität auf der Erde (und teilweise anderen grossen Körpern) führt zu weiteren An- oder Abreicherungen bestimmter Elemente in bestimmten Umgebungen (auf diese Weise entstehen etwa Erzadern). Gold ist allerdings ein Spezialfall: Es ist zwar schwer, aber wie erwähnt ist das nicht so wichtig. Wichtiger ist, dass Gold sich sehr gut in Eisenschmelzen löst. Deshalb sollte es an der Erdoberfläche eigentlich kein Gold mehr geben - und fast alles Gold der Erde steckt tatsächlich im Kern. Man denkt, dass das Gold, das wir heute abbauen, am Ende der Erdentstehung noch von den letzten einschlagenden Asteroiden (dem sogenannten "Late Veneer") nachgeliefert wurde - da der Kern sich zu diesem Zeitpunkt schon gebildet hatte, waren nun plötzlich 3000 km Silikate im Weg, und das Gold (und andere siderophile (Eisenliebende) Elemente wie Platin, Palladium) blieb oben.
 

Bynaus

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@Nathan: Wasserstoff wird nur von Planeten gehalten, die bei ihrer Temperatur massiv genug sind, um ihn zu halten. Bei den Temperaturen, die ein Gasriesenkern während der Akkretion aufweist, sind das etwa 7-10 Erdmassen. Da es sehr viel Wasserstoff in der Scheibe gibt, saugt der Planet auch grosse Mengen davon aus, so dass am Ende fast aller Wasserstoff in metallischer Form vorliegt.

Da Gasriesen so viel massiver sind als alle anderen Typen von Planeten zusammen, ist es völlig legitim, zu sagen, dass fast alle Masse im Universum, die in Planeten steckt, metallischer Wasserstoff ist.
 

Frankie

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Zur "Goldader": das ist eher einfach: Goldadern sind einfach Ansammlungen, die an ruhigen Stellen fließender Gewässer entstehen. Was dann im Laufe geologischer Zeiträume daraus wird, kann dann ganz woanders gefunden werden.
 

Bynaus

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Goldadern sind einfach Ansammlungen, die an ruhigen Stellen fließender Gewässer entstehen.

Teilweise (sog. "Placer deposits"), aber auch dieses bereits "vorkonzentrierte" Gold muss ja ursprünglich irgendwoher kommen. Die grossen Goldvorkommen sind hydrothermal im Ursprung, sie entstehen also, wenn grosse Mengen heisses Wasser durch Gestein geleitet wird, auf diese Weise Gold aus dem Gestein löst und dieses dann unter bestimmten Bedingungen wieder ausfällt. Siehe auch hier:

http://en.wikipedia.org/wiki/Ore_genesis#Gold
 

Monod

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@ Nathan5111:

Ich habe mal nachgerechnet. Die Gesamtmasse aller bekannten Planeten, Monde, Asteroiden usw. des Sonnensystems beträgt etwa 2670 mal 10^24 kg. Das entspricht genau 445 Erdmassen. Von diesen 445 Erdmassen entfallen 411 auf die beiden Gasriesen Jupiter und Saturn, die zum größten Teil aus metallischem Wassserstoff bestehen. Das entspricht 92,36 Prozent der Gesamtmasse aller Planeten, Monde, Asteroiden unseres Sonnensystems. Folglich ist die Aussage von Bynaus vollauf korrekt.
 

Kibo

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Hallo,

Io z.B. ist für seine Gravitation zu heiss, um Wasser(eis) zu halten.

Bynaus wie siehst du das? Hatte Io mal einen Ozean mit Atmosphäre der schon weg ist? Könnte man das noch nachweisen?

*Wenn er einen Ozean hatte, dann kann war sie wohl recht schnell wieder weg (nach 1 Mrd Jahren)

mfg
 
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Nathan5111

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Ich habe mal nachgerechnet.

Hallo Monod,

ich finde es ja lieb von Dir, dass Du Bynaus gegen einen mutmaßlichen Dummy zur Hilfe kommst, aber ich habe mal zu Jupiter recherchiert:

Sein Durchmesser entspricht rund elf mal dem der Erde
...
Unterhalb etwa 25 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine metallische Form über. Es wird vermutet, dass Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht einen Gestein-Eis-Kern hat, der aus schweren Elementen besteht mit bis zu etwa 20 Erdmassen.

Wie sieht jetzt Deine Rechnung aus?


2670 mal 10^24 kg
Putzige Darstellung
 

Infinity

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Das wären gemäß Monod 2,67*10^27 kg. Die zwanzigfache Masse der Erde wären relativ dazu rund 4,5 Prozent.

Mit der Masse von Jupiter, geschätzt auf 1,9*10^27 kg, also 71,2 Prozent seines errechneten Werts, kommt das doch eigentlich gut hin, oder nicht?
 

Bynaus

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@Kibo: Nun, da Io offenbar in einer Umgebung entstanden ist, in der es auch relativ viel Eis gab, ist es naheliegen, zu vermuten, dass sie (die Io :) ) auch mal - zumindest für kurze Zeit - Eis und einen Ozean besass, diese aber aufgrund der ständigen Unterbodenheizung verlor. Vermutlich ist das auch der Grund, warum Europa - im Vergleich etwa mit Ganymed und Kallisto - nur eine dünne Eisschicht besitzt.

@Nathan5111: Wie wärs, wenn du einfach mal mit eigenen Rechnungen in die Diskussion einsteigen würdest? Du darfst mir übrigens auch ruhig einmal direkt antworten...
Ob Jupiter übrigens wirklich einen Kern hat, bleibt noch abzuwarten. Bisherige Messungen sind auch mit einem deutlich kleineren Kern oder sogar gar keinem Kern verträglich. Für die Frage des metallischen Wasserstoffs spielt dies allerdings keine Rolle.
 

Monod

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@ Nathan5111:

Wie sieht jetzt Deine Rechnung aus?

Wenn ich großzügig 10 Prozent Masse für die jeweiligen Gesteinskerne von Jupiter und Saturn abziehe (obwohl Jupiter eventuell gar keinen besitzt!), dann verbleiben von den 411 Erdmassen immer noch 370, was bei 445 Erdmassen insgesamt etwa 83 Prozent ausmacht - also immer noch der bei weitem überwiegende Anteil von metallischem Wasserstoff an der Gesamtplanetenmasse.

Putzige Darstellung

Das liegt daran, dass ich auf der Basis der Erdmasse (= 6 mal 10^24 kg) begonnen habe zu rechnen.

Monod
 
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