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Die Erde entstand aus lokalem Baumaterial
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der ETH Zürich
astronews.com
31. März 2026
Aus welcher Region des Sonnensystems stammen die Stoffe, aus
denen sich einst die Erde gebildet hat? Lange Zeit glaubte man, dass ein
beträchtlicher Teil des Materials aus dem äußeren Sonnensystem stammen müsste.
Eine neue Studie zeigte jetzt: Die Erde bildete sich zum großen Teil aus lokalem
Material. Das wirft auch ein neues Licht auf die Entstehungsgeschichte unseres
Planeten.
Künstlerische Darstellung eines jungen Sterns
mit einer protoplanetaren Scheibe.
Bild: ESO / L. Calçada [Großansicht] |
Planetenforschende diskutieren schon lange darüber: Woher stammt das
Baumaterial, aus dem sich unsere Erde gebildet hat? Trotz ihrer Lage im inneren
Sonnensystem halten sie es für wahrscheinlich, dass dieses Material zu sechs bis
40 Prozent aus dem äußeren Sonnensystem – also jenseits von Jupiter – kommt.
Lange Zeit galt Material aus dem äußeren Sonnensystem nämlich als notwendig, um
flüchtige Komponenten wie Wasser zur Erde zu bringen. Demnach musste es während
der Entstehung der Erde auch einen Materialaustausch zwischen dem äußeren und
inneren Sonnensystem gegeben haben. Aber stimmt das tatsächlich?
Die Planetenforscher Paolo Sossi, Professor für experimentelle Planetologie,
und Dan Bower von der ETH Zürich haben bestehende Daten über die
Isotopen-Verhältnisse von verschiedenen Meteoriten, darunter solche vom Mars und
vom Asteroiden Vesta, mit denjenigen der Erde verglichen. Isotopen sind
"Geschwister-Atome" desselben Elements; sie haben die gleiche Anzahl an
Protonen, aber eine andere Masse durch unterschiedlich viele Neutronen. Diese
Daten haben die Forscher neu und anders ausgewertet – und kommen zu einem
überraschenden Ergebnis: Das Material, aus dem die Erde gemacht ist, stammt
vollständig aus dem inneren Bereich des Sonnensystems. Material aus dem äusseren
Sonnensystem machte dagegen beim Aufbau der Erde weniger als zwei Prozent aus –
oder lag sogar bei null.
"Unsere Berechnungen machen es deutlich: Das Baumaterial der Erde stammt aus
einem einheitlichen Materialreservoir", sagt Sossi. Und Kollege Bower ergänzt:
"Wirklich erstaunt waren wir, dass die Erde vollständig aus Material aus dem
inneren Sonnensystem zusammengesetzt ist und sich von allen Kombinationen
bekannter Meteoriten klar unterscheidet." Für ihre Studie haben die ETH-Forscher
bestehende Daten über zehn verschiedene Isotopensysteme aus Meteoriten genutzt
und mit einem speziellen statistischen Verfahren kombiniert ausgewertet. In
bisherigen Studien wurden meist nur zwei Isotopensysteme berücksichtigt. "Unsere
Studie ist eigentlich ein datenwissenschaftliches Experiment", sagt Sossi. "Wir
haben statistische Berechnungen vorgenommen, die in der Geochemie kaum je
verwendet werden, obwohl sie ein mächtiges Instrument sind".
Isotopen in Meteoriten dienen Forschenden schon länger dazu, die Herkunft von
Himmelskörpern zu klären, also aus welchem Bereich des Sonnensystems sie
stammen. Lange beschränkte sich die Herkunftsbestimmung aber auf verschiedene
Isotope des Elements Sauerstoff. Erst Anfang der 2010-er Jahre entdeckte ein
amerikanischer Forscher, dass auch Isotopen andere Elemente, wie etwa Chrom und
Titan, dafür genutzt werden können. Damit gelang es der Forschung, Meteoriten in
zwei Klassen einzuteilen: in nicht-kohlige, die ausschließlich im inneren
Sonnensystem gebildet werden, und kohlige, die mehr Wasser und Kohlenstoff
enthalten und im äußeren Sonnensystem entstehen.
Die neue Analyse belegt, dass die Erde vollständig aus nicht-kohligem
Material zusammengesetzt ist. Der bisher vermutete Austausch zwischen den beiden
Materialreservoiren ist nicht nachweisbar. Die Erde wuchs also in einem relativ
statischen System, indem sie sich während ihres Wachstums ihre kleineren
Nachbarplaneten einverleibte. Weiter bedeutet dies, dass auch im inneren
Sonnensystem die meisten flüchtigen Elemente wie Wasser stets vorhanden waren.
Doch warum gibt es in unserem Sonnensystem zwei unterschiedliche
Materialreservoire? Forschende nehmen an, dass sich unser Sonnensystem während
seiner Entstehung aufgrund von Jupiters schnellem Wachstum und seiner Größe in
zwei Reservoire aufteilte. Die Schwerkraft des Gasriesen riss eine Lücke in die
protoplanetare Scheibe, die um die junge Sonne kreiste. Protoplanetare Scheiben
sind ringförmig, bestehen aus Gas und Staub und sind der Geburtsort von
Planeten. Jupiter verhinderte, dass Material aus dem äußeren Sonnensystem ins
Innere eindrang. Wie undicht diese Barriere tatsächlich war, blieb jedoch unklar
– bis jetzt.
Mit ihrer neuen Analyse zeigen die beiden ETH-Forscher, dass wohl fast kein
Material von jenseits des Jupiters in Richtung Erde floss: "Unsere Berechnungen
sind sehr robust und stützen sich nur auf die Daten selbst, nicht auf
physikalische Annahmen, da diese noch nicht vollständig verstanden sind", betont
Bower. Die Analyse zeigt weiter, dass die Erde von der Materialzusammensetzung
her auf einer (verwandtschaftlichen) Linie mit Vesta und dem Mars steht. Auf der
gleichen Linie vermuten die Forscher auch Venus und Merkurs. "Und aufgrund
unserer Analyse können wir theoretisch auch die Zusammensetzung dieser beiden
Planeten vorhersagen", sagt Sossi. Analytisch überprüfen kann er seine Aussage
allerdings nicht: Von Merkur und Venus, die der Sonne am nächsten sind und wie
die Erde zum inneren Sonnensystem zählen, stehen den Forschenden bisher keine
Gesteinsproben zur Verfügung.
"Unsere Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Entstehungsgeschichte
unserer Erde und die anderen Gesteinsplaneten", ist Sossi überzeugt. In einem
nächsten Schritt möchte er unter anderem wissen, warum im heißen inneren
Sonnensystem so viel Wasser vorhanden war, um damit die Ozeane der Erde zu
bilden. Weiter möchten die ETH-Planetenforscher wissen, ob sich diese Prozesse
auf Exoplaneten-Systeme übertragen lassen. "Bis dahin werden Dan und ich aber
noch viele hitzige Debatten über die Materialzusammensetzung der Erde und ihrer
Nachbarplaneten führen müssen, denn die wissenschaftliche Auseinandersetzung
über die Baustoffe, aus der die Erde besteht, ist trotz der neuen Ergebnisse
noch lange nicht zu Ende", sagt Sossi.
Über ihre Ergebnisse berichten Sossi und Bower in einem Fachartikel, der in
Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
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