Extremer Frontalaufprall

  • 09. February 2016

Isotopenanalysen liefern neue Erkennt­­nisse über die Ent­­stehung des Mondes.

Die Fachwelt ist sich weitgehend einig: Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren prallte ein planeten­artiger Himmels­körper auf die Erde, die zu diesem Zeit­punkt bereits einen festen Gesteins­mantel hatte. Dabei wurden große Mengen von Staub und Gesteins­brocken in die Erdum­lauf­bahn geschleudert, aus denen sich allmählich der Mond heraus­bildete. Bisher war in der Forschung die Annahme verbreitet, jener Himmels­körper – der nach einer Gestalt aus der griechi­schen Mytho­logie den Namen „Theia“ erhielt – sei von der Seite her in einem eher flachen Winkel auf der Erd­ober­fläche aufge­schlagen.

Mondentstehung

Abb.: Künstlerische Darstellung des Aufpralls von Theia auf der Erde. (Bild: NASA / JPL)

Dieses Szenario ist jedoch unplausibel, wie ein inter­nationales Forscher­team jetzt heraus­gefunden hat. Die Ergebnisse des Teams sprechen vielmehr dafür, dass Theia mit extrem hoher Geschwin­digkeit frontal auf die Erde zuge­stürzt ist, vermut­lich mit rund zehn Kilo­metern pro Sekunde. Die enorme Wucht des Auf­pralls setzte Energien frei, die einen großen Teil des Erd­ge­steins aufge­schmolzen haben. Dadurch ist Theia tief in die Erde einge­drungen und hat sich mit dem Gestein der Erde vermischt – mit dem Effekt, dass es sich bei dem in die Erdum­lauf­bahn heraus­geschleu­derten Material ebenfalls um eine solche Mischung handelte.

Die Wissenschaftler sind zu diesem Ergebnis gekommen, indem sie Gesteins­proben unter­schiedlicher Herkunft mit­ein­ander verglichen haben: einer­seits Gestein aus Hawaii und Arizona, das infolge vulka­nischer Prozesse aus dem Erd­mantel an die Erd­ober­fläche gelangt ist, anderer­seits Mond­gestein, das die Astro­nauten der Apollo-Missionen 12, 15 und 17 mitge­bracht hatten. Entscheidend war dabei die Analyse des Sauer­stoffs, der rund neunzig Prozent des Volumens dieser Gesteins­brocken ausmacht. Der Sauer­stoff im Erdge­stein enthält fast nur O-16-Isotope, nur in sehr geringen Mengen kommen auch die schwereren Isotope O-17 und O-18 vor. Die gleichen Mengen­verhält­nisse finden sich in allen Proben des Mondge­steins.

„Wir haben hinsichtlich der Sauerstoff-Isotope keine signi­fi­kanten Unter­schiede zwischen dem irdischen Gestein und dem Mond­gestein fest­stellen können“, erklärt David Rubie von der Uni Bayreuth, der die an der Gesteins­bildung beteiligten Sauer­stoff-Isotope modelliert hat. Die gleichen Anteile von Sauer­stoff-Isotopen im Gestein von Erde und Mond sind umso auf­fälliger, als sich Erde, Mars und andere Planeten des Sonnen­systems in dieser Hinsicht signi­fikant unter­scheiden. Auch Theia als extra­terres­trischer Himmels­körper dürfte sich in diesem Punkt deutlich von der Ur-Erde unter­schieden haben. „Die Ergebnisse unserer Gesteins­analysen sprechen deshalb ein­deutig dafür, dass die Erde in ihrer heutigen Gestalt und der Mond aus einer Material­mischung hervor­gegangen sind, die ihren Ursprung in einer wechsel­seitigen Durch­dringung von Theia und Ur-Erde hat“, sagt Rubie. „Die nach dem Auf­prall in die Erdum­lauf­bahn geschleu­derten Staub- und Gesteins­mengen, aus denen der Mond entstanden ist, enthielten einen ungefähr gleich hohen Anteil von Theia-Material wie die Material­mischung, die sich nach dem Auf­prall zum heutigen Planeten Erde verfestigt hat.“

Dieser Befund spricht nach Ansicht des Forscherteams eindeutig für einen äußerst heftigen und zerstöre­rischen Frontal­auf­prall von Theia. Wäre dieser extra­terres­trische Körper seitlich in einem relativ flachen Winkel aufge­schlagen, wäre das Material von Theia größten­teils in der Erdum­lauf­bahn gelandet. Das heutige Mond­gestein würde dann sehr wahr­scheinlich andere Anteile von Sauer­stoff-Isotopen auf­weisen als das Gestein der Erde.

U. Bayreuth / RK

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