Glutball Erde

Zurück zur Erde: Vor rund 4,5 Milliarden Jahren ist unser Planet eine glühende Kugel aus zähflüssigem Magma ohne feste Kontinente, Ozeane und eine lebensnotwendige Atmosphäre – nicht gerade lebensfreundlich. Noch immer wird sie zudem ständig von größeren und kleineren Materiebrocken aus dem umgebenden Weltraum bombardiert.

Eine gewaltige Kollision mit einem marsgroßen Planetesimal schleuderte große Teile der Erde ins All und ließ den Mond entstehen. © NASA/JPL-Caltech

Ein fast fataler Streifschuss

Einer dieser Treffer bedeutet fast das Ende des noch jungen Planeten: Ein nahezu marsgroßes Planetesimal streift die Erde und reißt dabei ein gewaltiges Stück Material heraus. Die Trümmer dieser Kollision werden jedoch von der Schwerkraft der Erde festgehalten und in eine Umlaufbahn gebracht. Aus ihnen entsteht innerhalb von wenigen hundert bis tausend Jahren der Mond – der Trabant der Erde. Möglicherweise bildete sich dabei sogar noch ein zweiter, kleinerer Trabant, der einige Millionen Jahre später auf den Mond stürzte und mit diesem verschmolz. Dass das theoretisch möglich ist, haben Astronomen im August 2011 anhand einer Simulation belegt. Dieser nachträgliche Absturz könnte erklären, warum die Kruste der lunaren Hochebenen so besonders dick ist: Sie besteht zum Teil aus den Resten dieser Kollision.

Anfangs war die Erde ein glühender Ball, bedeckt von flüssiger Magma © Mila Zinkova / GFDL

Auch nach diesen dramatischen Ereignissen hält das anhaltende Bombardement mit Resten der Planetenbildung im inneren Sonnensystem an. Die anhaltenden Einschläge setzen jedes Mal große Mengen an Energie in der jungen Erde frei. Gleichzeitig erhöht sich die Masse des Planeten durch den Materieregen allmählich. Je größer er wird, desto höher steigt auch der Druck auf sein Inneres, der Kern wird immer dichter. Dies heizt die Erde langsam auf, bis die Temperaturen in ihrem Inneren auf mehr als 2.000 °C angestiegen sind.

Elementsortierung im Magmaball

Vor dieser Erwärmung war das Innere noch relativ homogen, die chemischen Elemente waren gleichmäßig in ihm verteilt. Mit den steigenden Temperaturen aber beginnt das Eisen und die Silikatverbindungen des Erdinneren zu schmelzen. Weil sie nicht gleich schwer sind, setzt dies einen Differenzierungsprozess in Gang: Das geschmolzene Eisen und ein paar andere Metalle, darunter vor allem Nickel, sinken langsam in Richtung des Erdmittelpunkts. Sie bilden später den Erdkern. Die leichteren Elemente, darunter auch die Gesteinsschmelze aus Silikatverbindungen, werden dagegen nach außen transportiert, kühlen hier ab und bilden Erdmantel und -kruste.

Durch die anhaltenden Einschläge heizt sich die Erde auf, es kommt zu Aufschmelzungen. Die schweren Elemente beginnen in Richtung Erdmittelpunkt zu sinken. Leichtere Elemente steigen an die Oberfläche. Langsam bilden sich die Erdschichten, der eisenhaltige Erdkern innen, die langsam erstarrende Kruste außen. © MMCD NEW MEDIA

Die genauen Vorgänge bei diesem Differenzierungsprozess sind heute noch nicht bekannt – ebensowenig wie die genaue Zusammensetzung der Erde vor der Entmischung. Das Problem dabei: Solange nicht bekannt ist, wie die Mineralzusammensetzung zu Beginn der gesamten Entwicklung aussah, ist es sehr schwer, die Entwicklung zum heutigen Zustand genau zu rekonstruieren. Im Jahr 2009 ist Geowissenschaftlern der Universität von Kalifornien in Davis hier immerhin ein wichtiger Fortschritt gelungen: Sie rekonstruierten mit Hilfe eines Computermodells wie die verschiedenen Eisenisotope im Erdinneren verteilt waren, bevor sich die Erdschichten bildeten.

Dazu modellierten sie die Eisenisotop-Zusammensetzung von zwei Mineralen unter unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen sowie bei verschiedenen elektronischen Spinzuständen. Nach einem Monat Rechenzeit „spuckte“ der Computer die Ergebnisse aus: Das Modell belegte, dass sich die schwereren Isotope, ausgelöst durch den starken Druck, nahe dem Grund des kristallisierenden Mantels konzentrierten.

Nadja Podbregar
Stand: 29.08.2012