Erklärung für bisher rätselhaftes Vorkommen siderophiler Elemente im Erdmantel entdeckt Erde: Gewaltige Einschläge lieferten schwere Elemente - scinexx | Das Wissensmagazin
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Erklärung für bisher rätselhaftes Vorkommen siderophiler Elemente im Erdmantel entdeckt

Erde: Gewaltige Einschläge lieferten schwere Elemente

© Don Davis / NASA / JPL

Dass es heute im Erdmantel schwere Elemente wie Palladium, Gold oder Osmium gibt, verdankt die Erde möglicherweise einer ganzen Reihe von Katastrophen: den Einschlägen gewaltiger, Pluto-großer Gesteinsbrocken vor knapp 4,5 Milliarden Jahren. Wie Forscher jetzt in „Science“ belegen, könnten diese Impakte Palladium und Co. nachgeliefert haben, nachdem die anderen schweren Elemente bereits in den Erdkern abgesunken waren.

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Gewaltige Einschläge und Zusammenstöße kosmischer Gesteinsbrocken waren in der Frühzeit des Sonnensystems nichts Ungewöhnliches. Auch der Mond formte sich höchstwahrscheinlich vor rund 4,5 Milliarden Jahren aus Trümmern einer Kollision der frühen Erde mit einem marsgroßen Planetoiden. Erst nach dieser Katastrophe so die gängige Theorie, setzte im Inneren der beiden Himmelskörper die Kernbildung ein. Dabei sanken schwere Elemente wie Eisen oder Nickel ins Innere, während leichtere Elemente und Verbindungen weiter oben blieben.

Rätsel um schwere Elemente im Erdmantel

Doch genau hier beginnen die Diskrepanzen zwischen Theorie und Realität: Denn eine bestimmte Gruppe schwerer Elemente, die so genannten Siderophilen, zu denen auch Kobalt, Osmium, Palladium, Mangan oder Gold gehören, sind keineswegs in den Erdkern gesunken, sondern finden sich bis heute durchaus häufig im Erdmantel und in der Erdkruste. „Das große Problem der Modellierer ist, dass diese Metalle eben nicht fehlen, sondern stattdessen relativ häufig sind“, erklärt Richard J. Walker von der Universität von Maryland. Bisher war völlig unklar, woher diese Elemente stammen und warum sie nicht ebenfalls im Kern gelandet sind.

Meteoriten-Einschläge als Elementlieferanten?

Jetzt jedoch liefert ein Forscherteam des NASA Lunar Science Institute (NLSI) unter Leitung von William Bottke vom Southwest Research Institute erstmals eine mögliche Erklärung dafür. Demnach sind die fraglichen Elemente möglicherweise erst nach der Differenzierung des Erdinneren auf die Erde gelangt – durch den Einschlag von Meteoriten, die die Elemente mitbrachten. Um die heute im Erdmantel vorhandene Menge von Palladium und Co. zu erklären, müssten die Einschläge allerdings insgesamt 0,5 Prozent der gesamten Erdmasse eingetragen haben. Dies entspricht immerhin einem Drittel der Mondmasse.

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Impaktoren von Pluto-Größe

Das klingt immens viel, ist aber denkbar, wie Bottke und seine Kollegen jetzt mit Hilfe numerischer Modelle belegten. Die benötigten Mengen lassen sich dann reproduzieren, wenn die Einschläge durch Objekte von mindestens 2.400 bis 3.200 Kilometer Größe erfolgten – so groß wie der Zwergplanet Pluto. Wenige Einschläge innerhalb der ersten rund zehn Millionen Jahre nach der Mondentstehung könnten dann bereits ausgereicht haben, um den Erdmantel mit den siderophilen Elementen anzureichern.

Einschläge verschoben Erdachse

„Diese Impaktoren waren groß genug, um die beobachteten Anreicherungen mit hochgradig siderophilen Elementen zu produzieren, aber nicht so groß, dass ihre fragmentierten Kerne mit dem Planetenkern verschmolzen wären“, erklärt Bottke. „Sie repräsentieren wahrscheinlich die größten Objekte, die diese Welten trafen, seit dem gigantischen Zusammenstoß, der unseren Mond formte.“

Einige dieser Einschläge könnten dabei sogar die Neigung der Erdachse um bis zu zehn Grad verändert haben. Andere, kleinere Einschläge, trafen den Mond und transportieren Wasser bis in sein Mantelgestein.

(Southwest Research Institute, 10.12.2010 – NPO)

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