Xenon-Rätsel der Erde gelöst?

Kometen als Edelgas-Fähren: Rund 22 Prozent des Xenons in der Erdatmosphäre könnten von Kometen stammen – eingetragen bei Kometeneinschlägen auf die frühe Erde. Indizien dafür haben Messdaten der ESA-Kometensonde Rosetta geliefert. Demnach ist die Xenon-Isotopensignatur des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko ähnlich einzigartig wie die der Erdatmosphäre, berichten die Forscher im Fachmagazin „Science“.

Das Edelgas Xenon kommt im Universum durchaus häufig vor: Es findet sich in der Sonne und anderen Sternen und in besonders großen Mengen in einigen Weißen Zwergen. Auch im Mondstaub und in Meteoriten wurde dieses schwerste aller Edelgase bereits nachgewiesen. Doch auf der Erde ist Xenon seltsamerweise extrem rar. Es gehört hier zu den seltensten stabilen Elementen überhaupt und kommt nur in Spuren in der Atmosphäre vor.

Erde ist beim Xenon einzigartig

Seltsam auch: „Die Erdatmosphäre hat eine Xenon-Zusammensetzung, die im Sonnensystem einzigartig ist“, erklären Bernard Marty von der Université de Lorraine in Nancy und seine Kollegen. Zum einen kommt Xenon im Verhältnis zu den anderen Edelgasen ungewöhnlich spärlich vor. Wissenschaftler vermuten, dass der Verlust der Uratmosphäre und chemische Reaktionen mit dem Gestein der jungen Erde dafür verantwortlich sein könnten.

Zum anderen aber hat die Erdatmosphäre eine andere Isotopen-Verteilung als Meteoriten und der Sonnenwind. Warum, war bisher rätselhaft. Jetzt könnten Marty und seine Kollegen dafür eine Erklärung gefunden haben – in den Daten der ESA-Kometensonde Rosetta. Die Raumsonde hatte im Mai 2016 den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko mehrfach in engen Orbits umkreist und dabei auch die Xenon-Gehalte und Isotopenanteile im Kometengas gemessen.

Auffallend viel schwere Isotope

Dabei zeigte sich: „Die Isotopenverhältnisse des Kometen weichen deutlich von denen der Sonne oder der Meteoriten ab“, berichten die Forscher. Demnach sind die leichteren Xenonatome zwar ähnlich häufig vertreten, nicht aber die schweren Isotope: „67P ist beim Xenon-134 und Xenon-136 um 40 bis 60 Prozent verarmt“, so Marty und seine Kollegen.

Auch der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko besitzt eine ungewöhnliche Zusammensetzung von Xenon-Isotopen, wie Messungen der Rosetta-Sonde enthüllten. © ESA/Rosetta/ NAVCAM / CC-by-sa IGO 3.0

Den Grund dafür sehen die Forscher in der sehr frühen und weit vom Zentrum des Sonnensystems entfernten Entstehung des Kometeneises. Indizien sprechen dafür, dass eisige Himmelskörper wie 67P/Churyumov-Gerasimenko sich sogar noch vor der Zündung der Sonne und der Bildung der Planeten im Urnebel formten. Deshalb besitzt der Komet eine andere Xenonsignatur als die später gebildeten Objekte im Sonnensystem.

22 Prozent von Urzeit-Kometen?

Spannend auch: Die spezielle Xenon-Mischung der Kometen könnte erklären, warum die Erde ebenfalls eine so ungewöhnliche Xenonsignatur besitzt – sie könnte sie frühen Kometeneinschlägen verdanken. Wie die Forscher ausrechneten, könnten sogar rund 22 Prozent des Xenons in der Erdatmosphäre von Kometen stammen.

„Die Einschläge könnten entweder noch in der Wachstumsperiode der Protoerde erfolgt sein oder später, in der Zeit vor 4,5 bis 3,8 Milliarden Jahren“, so Marty und seine Kollegen. Das Xenon gelangte so zunächst in die Uratmosphäre der Erde und mischte sich dort mit dem Xenon, das bei der Akkretion des Planeten aus dem Urnebel eingefangen worden war. Mit dem Verlust der Uratmosphäre ging zwar ein Großteil dieses Xenons wieder verloren, die einzigartige Isotopen-Signatur aber ist geblieben. (Science, 2017; doi: 10.1126/science.aal3496)

(American Association for the Advancement of Science, 09.06.2017 – NPO)