Die Herkunft des Wassers auf der Erde wurde in Frage gestellt

Das Wasser der Erde könnte nach neuen Forschungen sowohl aus Asteroiden als auch aus dem bei der Sonnenbildung zurückgebliebenen Gas entstanden sein. Die Entdeckung hat tiefgreifende Auswirkungen sowohl auf die Ursprünge des Lebens auf der Erde als auch auf die Möglichkeit des Lebens anderswo im Universum.

Die im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlichte Studie bezweifelt, dass der Wasserstoff, der den größten Teil des Wassermoleküls ausmacht, aus dem Sonnennebel, aus Gaswolken und Staub stammt übrig geblieben von unserer Sternentstehung.

Vorgängermodelle haben vorgeschlagen, dass das Wasser der Erde durch einen Asteroideneinschlag abgegeben wurde

Frühere Modelle haben das auf der Erde gefundene Wasser mit dem auf Asteroiden gefundenen Wasser in Verbindung gebracht, was bedeutet, dass der Großteil des an die Oberfläche des Planeten gelieferten Wassers auf Einschläge dieser Objekte zurückzuführen ist. Das Verhältnis von Deuterium, einem schwereren Isotop von Wasserstoff, im Meerwasser ist ähnlich wie bei Asteroiden. Wissenschaftler haben diese Methode zum Aufspüren von Wasserstoff traditionell verwendet, um die Ursprünge von Wasser zu entdecken, einfach weil es das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist.

Erdhorizont an Bord der Internationalen Raumstation (NASA)

Um ihre Untersuchung durchzuführen, verfolgte das Team unter der Leitung von Peter Buseck, Regents Professor an der School of Earth and Space Exploration und der School of Molecular Sciences an der Arizona State University, einen anderen Ansatz.

Steven Desch, Professor für Astrophysik an der School of Earth and Space Exploration der Arizona State University in Tempe, Arizona, und Mitautor der neuen Studie, erklärt: „Wenn Menschen das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff im Meerwasser messen und sie sehen, dass es ziemlich nahe an dem liegt, was wir bei Asteroiden sehen, es war immer leicht zu glauben, dass alles von Asteroiden kam. “

Die Autoren des Papers gingen noch weiter und schlugen vor, dass Wasserstoff in den Ozeanen der Erde nicht den gesamten Planeten mit Wasserstoff versieht. Wasserstoffproben aus dem tiefen Erdinneren, nahe der Grenze zwischen Kern und Mantel, weisen deutlich weniger Deuterium auf, was darauf hinweist, dass dieser Wasserstoff möglicherweise nicht von Asteroiden stammt. Auch im Erdmantel wurden Edelgase wie Helium und Neon mit Isotopensignaturen gefunden, die vom Sonnennebel stammen.

Ihr neues theoretisches Modell zielt darauf ab, diese Diskrepanzen zu erklären.

Ein neues Modell der Ursprünge der Erde

Gemäß dem in der Veröffentlichung vorgeschlagenen neuen Modell begannen sich vor mehreren Milliarden Jahren große wasserdurchtränkte Asteroiden zu Planeten zu entwickeln, während der Sonnennebel immer noch um die Sonne wirbelte.

Diese als planetarische Embryonen bekannten Asteroiden kollidierten und wuchsen schnell. Schließlich führte eine Kollision genug Energie ein, um die Oberfläche des größten Embryos zu einem Ozean aus Magma zu schmelzen. Dieser größte Embryo würde schließlich zur Erde werden.

Künstlerische Vorstellung von Staub und Gas in der Umgebung eines neu gebildeten Planetensystems (NASA)

Gase aus dem Sonnennebel, darunter Wasserstoff und Edelgase, wurden vom großen magmabedeckten Embryo angesaugt, um eine frühe Atmosphäre zu bilden. Nebularer Wasserstoff, der weniger Deuterium enthält und leichter als asteroider Wasserstoff ist, löste sich im geschmolzenen Eisen des Magma-Ozeans auf.

Durch einen Prozess namens Isotopenfraktionierung wurde Wasserstoff in Richtung des Zentrums der jungen Erde gezogen. Wasserstoff, der von Eisen angezogen wird, wurde vom Metall zum Kern geliefert, während ein Großteil des schwereren Isotops Deuterium im Magma verblieb, das sich schließlich abkühlte und den Mantel bildete, so die Autoren der Studie. Die Auswirkungen von kleineren Embryonen und anderen Objekten fügten dann weiterhin Wasser und Gesamtmasse hinzu, bis die Erde ihre endgültige Größe erreicht hatte.

Dieses neue Modell würde die Erde tief in ihrem Erdmantel mit Edelgasen und einem niedrigeren Deuterium-zu-Wasserstoff-Verhältnis als in ihrem Erdmantel und den Ozeanen belassen.

Die Autoren verwendeten das Modell, um abzuschätzen, wie viel Wasserstoff aus jeder Quelle stammte. Sie stellten fest, dass die meisten von ihnen asteroiden Ursprungs waren, aber ein Teil des Wassers der Erde stammte aus dem Sonnennebel.

"Auf 100 Moleküle des Erdwassers kommen ein oder zwei Moleküle aus dem Sonnennebel", sagte Jun Wu, Assistant Research Professor an der School of Molecular Sciences und der School of Earth and Space Exploration an der Arizona State University und Hauptautor der Studie.

Ein aufschlussreicheres Modell?

Da wir die Bedeutung von flüssigem Wasser für das Leben genau verstehen, kann dieses Modell Wissenschaftlern neue Perspektiven auf die Entwicklung des Lebens und die Fähigkeit anderer Planeten bieten, das Leben zu unterstützen. Es wird vermutet, dass Exoplaneten trotz fehlender Wasserversorgung durch Asteroideneinschläge möglicherweise noch flüssiges Wasser haben, da in ihren Systemen verbleibende Gassolarnebel vorhanden sind.

Wu sagte: „Dieses Modell legt nahe, dass die unvermeidliche Bildung von Wasser wahrscheinlich auf ausreichend großen felsigen Exoplaneten in extrasolaren Systemen auftreten würde.

"Ich finde das sehr aufregend."

Anat Shahar, ein Geochemiker an der Carnegie Institution for Science, der nicht an der Studie beteiligt war, zeigte sich ebenfalls von diesem neuen Modell beeindruckt: „Dieses Papier ist eine sehr kreative Alternative zu einem alten Problem.

"Die Autoren haben gute Arbeit geleistet, um abzuschätzen, was diese verschiedenen Fraktionierungsfaktoren ohne die Experimente wären."

Wie Shahar vorschlägt, besteht der nächste Schritt für Astrochemiker in der Entwicklung von Experimenten zum Testen dieses Modells. Dies könnte eine Untersuchung des Wasserstoff-Fraktionierungsfaktors beinhalten, der beschreibt, wie sich das Deuterium-zu-Wasserstoff-Verhältnis ändert, wenn sich das Element in Eisen auflöst. Dies ist derzeit unbekannt und schwierig zu messen.

Ursprüngliche Forschung: „Ursprung des Wassers der Erde: chondritische Vererbung sowie nebelförmige Eingasung und Speicherung von Wasserstoff im Kern“ Wu, Desch, Schaefer et al. (2018), Journal of Geophysical Research-Planets