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Isotopenanalyse stützt Einschlagtheorie
Redaktion
/ Pressemitteilungen der Universitäten Köln und Göttingen
astronews.com
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.
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.
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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