Verschieden altes Eisen

  • 10. June 2014

Asteroiden-Ansammlungen sind innerhalb weniger Hunderttausend Jahre nach Bildung des Sonnensystems entstanden.

Zwischen Mars und Jupiter gibt es eine Ansammlung von Asteroiden, die als Überreste aus der Frühzeit der Planetenentstehung erhalten geblieben sind. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Erde aus einer sehr großen Anzahl solcher Himmelskörper gebildet hat. Wie Thomas Kruijer vom Institut für Planetologie der Universität Münster jetzt gemeinsam mit Kollegen zeigen konnte, sind manche dieser Planetesimale innerhalb weniger Hunderttausend Jahre nach Bildung des Sonnensystems entstanden.

Planeten wachsen durch Akkretion kleiner Objekte. Irgendwann findet eine Differentiation statt, Eisen sinkt nach innen und die leichteren Silikate bilden eine Kruste

Abb.: Planeten wachsen durch Akkretion kleiner Objekte. Irgendwann findet eine Differentiation statt, Eisen sinkt nach innen und die leichteren Silikate bilden eine Kruste. (Bild: F. Sulehria, novacelestia.com / S. Billy)

Die Asteroiden-Ansammlungen, die als Überreste aus der Frühzeit der Planetenentstehung erhalten geblieben sind, werden auch als Planetesimale bezeichnet, was soviel bedeutet wie „unendlich kleiner Teil eines Planeten“. Aus einer sehr großen Anzahl solcher Himmelskörper hat sich wohl die Erde gebildet. Wie Kruijer, Mario Fischer-Gödde und Thorsten Kleine von der WWU jetzt gemeinsam mit Forscherkollegen von der ETH und der University of Maryland nachgewiesen haben, sind manche dieser Planetesimale innerhalb weniger Hunderttausend Jahre nach Bildung des Sonnensystems entstanden – damit ist die Spanne erstmals sehr präzise eingegrenzt, um ein Vielfaches genauer als zuvor.

Für ihre Studie bestimmten die Forscher um Thomas Kruijer das Alter von Eisenmeteoriten. Bisherige Altersbestimmungen waren ungenau, da die Eisenmeteorite auf ihrem Weg vom Asteroidengürtel zur Erde der kosmischen Strahlung ausgesetzt waren. Die Wechselwirkung mit dieser Strahlung erzeugt Effekte, die den Signalen gleicht, die für die Altersbestimmungen benutzt werden. Den Forschern gelang es jetzt erstmals, die Bestrahlungseffekte exakt zu quantifizieren und so das Alter der Eisenmeteorite mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Ergebnisse sind für Forscher interessant, weil sie durch die Untersuchung von Meteoriten auch Informationen über die Bausteine der Erde und damit über die frühe Entstehungsgeschichte der Erde gewinnen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die sogenannten Mutterkörper der Eisenmeteorite zwischen einhundert- und dreihunderttausend Jahren nach Entstehung des Sonnensystems bildeten. Die Kernbildung in diesen Körpern dauerte jedoch bis zu zwei Millionen Jahre. Diesen großen Zeitunterschied zwischen Bildung der Mutterkörper und Kernbildung erklären die Forscher mit den hohen Temperaturen, die für die Kernbildung nötig sind. Nach ihrer Bildung waren die Eisenmeteorit-Mutterkörper zunächst "kalt" und heizten sich erst langsam durch den Zerfall von radioaktiven Nukliden auf, bis sie schließlich aufschmolzen und sich dann eine schwere Metallschmelze ins Zentrum der Körper absetzen konnte.

Ein überraschendes Ergebnis der neuen Untersuchungen ist, dass die Kernbildung innerhalb der Eisenmeteorit-Mutterkörper zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfand, obwohl die Körper selbst alle zum gleichen Zeitpunkt entstanden. Diese Beobachtung erklären die Forscher mit den unterschiedlichen Schwefelgehalten der Eisenmeteorite. Schwefel erniedrigt den Schmelzpunkt von Eisen, sodass schwefelreiche Körper früher aufschmolzen als schwefelarme Körper.

Wie die Untersuchungen zeigen, sind die ersten Planetesimale und damit auch die Bausteine der Erde sehr schnell entstanden. Die Entstehung der Erde aus diesen Bausteinen dauerte dennoch sehr lange und war erst etwa hundert Millionen Jahre nach Beginn des Sonnensystems abgeschlossen.

WWU / CT

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