Entstehungsgeschichte der Erde: Die Erdkugel war schon immer wässrig

Die Erde ist anders als die anderen Planeten des Sonnensystems, nicht nur wegen des Lebens, das nur hier nachgewiesen ist. Auch die Ozeane und der vergleichsweise riesige Mond sind einzigartig. Als gesichert gilt, dass Erde und Trabant entstanden, nachdem ein marsgroßer Brocken namens Theia mit einer Ur-Erde kollidierte. Nicht gesichert ist, wann das Wasser auf den Planeten kam.

Bisher glaubten viele Astronomen, erst nach jener Kollision vor 4,5 Milliarden Jahren hätten Einschläge von Asteroiden und Kometen all das dafür nötige Eis herangeschafft. Analysen von Richard Greenwood von der englischen „Open University“ und seinen Kollegen legen allerdings nun nahe, dass das meiste schon vorher auf der Ur-Erde war. Sie schreiben darüber im Journal „Science Advances“.

Heiße Phase

Als die Planeten vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstanden, war es in der Näheren Umgebung der Sonne noch recht heiß. In diesem inneren Bereich bildeten sich Merkur, Venus, Erde und Mars aus Substanzen wie Silizium, Eisen und Magnesium, die bereits bei hohen Temperaturen fest werden. Sie bestehen bis heute aus festem Gestein. Weiter draußen kondensierten auch Wasser und andere flüchtige Substanzen wie Methan und Ammoniak. Dort bildeten sich Gas-Planeten wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Deren Monde sind häufig von Eis bedeckt.

Darüber, wie das Wasser auf die Erde kam, diskutieren Astronomen seit langem. Eine Theorie besagt, dass nach der gewaltsamen Entstehung des Mondes und der neuen Version der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren kleinere Himmelskörper Eis aus äußeren Bereichen mitbrachten und auf die Erde stürzten. Kometen aus Eis, Staub und lockerem Gestein kommen ja noch heute öfters an der Erde vorbei. Allerdings unterscheidet sich deren Eis deutlich von dem Wasser auf der Erde. „Außerdem finden wir heute im Inneren der Erde ebenfalls reichlich Wasser“, sagt Tilman Spohn vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof.

Das könnte zwar von den Bewegungen der Erdplatten von der Oberfläche in die Tiefe transportiert worden sein. Nur scheint dies nur dann zu funktionieren, wenn es bereits Wasser im Erdinneren gibt. Hätte sich die heutige Erde trocken gebildet, hätte es also nie Bewegungen gegeben, die später mehr Wasser in ihr Inneres tragen konnten.

Wasser oder kein Wasser

Aus diesem Grund ist eine zweite Theorie in den letzten Jahren populärer geworden. Gemäß ihrer kam Wasser schon in der frühen Phase der Planetenbildung in innere Regionen des Sonnensystems und damit auch auf die Ur-Erde. Ein Problem dieser Theorie ist aber eine andere Theorie: die, dass ein Theia-Einschlag all das Wasser fast buchstäblich atomisiert hätte und der entstandene Wasserstoff dann ins All entwichen wäre. „Aber wenn das so gewesen und das heutige Wasser großteils erst danach hier angekommen wäre, dann hätten unsere Sauerstoff-Isotopen-Analysen ganz andere Ergebnisse bringen müssen“, sagt Greenwood.

Jene Analysen zeigen etwa, dass die Isotopen-Verhältnisse fast aller Elemente in den Gesteinen von Erde und Mond annähernd gleich sind. Das legt folgendes Szenario nahe: Theia krachte vor 4,5 Milliarden Jahren mit Riesenwucht auf die sehr junge, aber schon wasserreiche Ur-Erde. Dabei mischten sich die Bestandteile beider gründlich. Ein Teil geriet in eine Umlaufbahn und wurde zum Mond.

Wenn fast alles heutige Wasser erst danach auf die Erde gekommen wäre, dann hätte sich folgendes Bild ergeben müssen: Zumindest Sauerstoff-Isotope im Gestein von Erde und Mond, die hauptsächlich aus einst chemisch umgewandeltem Wasser stammen sollten, müssten sich zwischen Mond und Erde stark unterscheiden. Es fanden sich aber nur kleine Abweichungen. Demnach hätten Himmelskörper höchstens 30 Prozent des Wassers nachgeliefert, das meiste würde aber noch von der Ur-Erde stammen und wäre trotz Theia erhalten geblieben.

Vitale Erkenntnisse

All das ist nicht nur interessant, sondern wohl auch lebenswichtig. Denn das Wasser, das nach dem Theia-Einschlag noch dazu kam, hätte allein wohl kaum für einen bewohnbaren Planeten ausgereicht, sagt Greenwood. Wenn alles Wasser wegen Theia verpufft wäre, ergänzt der Astronom, „wäre Leben nicht nur auf der Erde, sondern vermutlich auch überall sonst im Universum unmöglich“. Denn solche Einschläge seien die Regel bei der Bildung erdähnlicher Planeten. „Dann gäbe es uns nicht und wir müssten uns nicht um solche Fragen kümmern.“