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Irdisches Wasser: Älter als die Erde?

Wassermoleküle stammen teilweise aus dem Kollaps der sternbildenden Gaswolke

protoplanetare Scheibe
Ein Teil des irdischen Wassers könnte schon vor Bildung der protoplanetaren Scheibe aus dem interstellaren Raum gekommen sein. © ESO/L. Calçada, CC-by-sa 4.0

Interstellarer Ursprung: Ein Teil des irdischen Wassers könnte älter sein als unser Planet. Denn diese Wassermoleküle stammen aus der Zeit vor Bildung der protoplanetaren Scheibe um die Sonne, wie Forscher herausgefunden haben. Demnach wurde dieses Wasser aus dem interstellaren Raum in Sonnennähe gebracht, als die sternbildende Urwolke kollabierte und unser Stern heranwuchs. Hinweise darauf liefern Isotopenanalysen von Einschlüssen in einem Meteoriten.

Das Sonnensystem ist unsere kosmische Heimat, doch seine Entstehung ist bislang erst in Teilen aufgeklärt. Astronomen haben zwar durch die Beobachtung extrasolarer Planetensysteme und protoplanetarer Scheiben eine gewisse Vorstellung davon, wie und wann sich Planeten bilden. Unklar ist aber, ob diese Modelle zutreffen, wie die Prozesse im Detail abliefen und woher beispielweise die Planeten ihre elementaren Bausteine bekamen.

Woher erhielt unser Planet sein Wasser?

Eine dieser offenen Fragen betrifft die Herkunft des irdischen Wassers. Theoretisch müsste der größte Teil dieser Wassermoleküle aus der protoplanetaren Scheibe kommen – der rotierenden Urwolke, in der die Planetenbausteine allmählich heranwuchsen. Auch Einschläge früher Kometen und Asteroiden gelten als mögliche „Wasserbringer“ für die Urerde. Das Problem jedoch: Der Anteil des schweren Wasserstoff-Isotops Deuterium im Erdwasser weicht von dem dieser potenziellen Quellen ab.

Auf der Suche nach einer Erklärung haben Jerome Aléon von der Sorbonne-Universität in Paris und seine Kollegen einige „Zeitzeugen“ aus der frühesten Phase des Sonnensystems untersucht. Dabei handelt es sich um winzige Einschlüsse in einem ursprünglichen Meteoriten. Der in Kasachstan gefundene Efremovka-Meteorit gehört zu den kohlenstoffhaltigen Chondriten und könnte seine Zusammensetzung in den letzten gut 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert haben.

„Diese Calcium-Aluminium-haltigen Einschlüsse sind die ältesten Gesteine des Sonnensystems“, erklären die Forschenden. „Ihre Mineralogie, Chemie und Isotopenzusammensetzung wird daher genutzt, um die physikochemische Bedingungen zu Beginn der Planetenbildung einzugrenzen.“ Für ihre Studie haben sie daher gezielt den Deuterium-Anteil in den Wassermolekülen dieser Einschlüsse analysiert.

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Zwei Reservoire im frühen Sonnensystem

Das Ergebnis: Das Wasser in den Mineralkörnchen zeigt drei verschiedene Isotopenwerte – zwei in den ältesten Einschlüssen und einen in der jüngeren Außenschicht der Gebilde. Während der äußere Isotopenwert in etwa dem des heutigen Erdwassers entspricht, weichen die beiden älteren deutlich davon ab. „Die erste Komponente hat einen um 850 Promille geringeren Deuteriumanteil als das irdische Meerwasser und entspricht damit dem des solaren Urnebels“, berichten die Forschenden. Diese Minerale könnten demnach direkt durch Kondensation von Wasserstoffgas aus der Sonne entstanden sein.

Die zweite Komponente jedoch hat einen deutlich höheren Deuteriumanteil als das solare Umfeld. „Diese Isotopenwerte sprechen dafür, dass es in der frühesten Phase der Sonnensystem-Bildung zwei koexistierende Gasreservoire gab“, berichten Aléon und sein Team. Dieses zweite Reservoir jedoch war nicht solaren Ursprungs, sondern muss ihren Schlussfolgerungen nach aus dem interstellaren Umfeld der jungen Sonne gekommen sein. Denn dort gab es Wasserstoff, der einen höheren Deuteriumanteil aufwies.

Kollaps der protosolaren Urwolke

Doch wie kam dieser Wasserstroff ins junge Sonnensystem? Aus den Mineralen der Einschlüsse schließen die Forschenden, dass sich die ältesten dieser Körnchen schon in den ersten 200.000 Jahren gebildet haben müssen – noch bevor die protoplanetare Scheibe entstand. In dieser Zeit war die heranwachsende Sonne noch dabei, Material aus ihrer Umgebung an sich zu ziehen, wie Aléon und seine Kollegen erklären.

Ihrer Ansicht nach könnte dieser Kollaps der protosolaren Gasumhüllung auch Wasserdampf aus dem interstellaren Medium in Sonnennähe gebracht haben – und dieser bildete das zweite Wasserreservoir. Als dann allmählich auch die protoplanetare Scheibe des Sonnensystems entstand, mischten sich solarer und interstellarer Wasserstoff und bildeten so das Wasser, das später auch in die heranwachsenden Planetenbausteine der Erde und noch später in die Planetenatmosphäre gelangte.

Interstellar und älter als die Erde

Zusammengenommen bedeutet dies: Ein Teil des irdischen Wassers wurde schon deutlich vor der Entstehung unseres Planeten gebildet – und ist interstellaren Ursprungs. Dieses Wasser gelangte noch vor der Bildung der ersten Planetesimale aus dem interstellaren Raum ins innere Sonnensystem. Bis heute könnten sich demnach auch in unseren Ozeanen Wassermoleküle finden, die älter sind als unsere Erde. (Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-021-01595-7)

Quelle: CNRS

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