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Astronomie : Des Mondes ungleiche Eltern

  • -Aktualisiert am

Aus einer Kollision entstanden Bild: NASA

Die chemische Analyse des Mondgesteins lieferte jetzt die entscheidenden Hinweise darauf, wie groß die Anteile der Erde und ihres Kollisionspartners am aus einem Zusammenstoß entstandenen Mond sind.

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          Als vor mehr als dreißig Jahren Astronauten auf dem Mond spazierten, wußten die Astronomen noch nicht, wie sich das Erde-Mond-System gebildet hat. Viele Forscher glaubten, daß sich die beiden Himmelskörper gleichzeitig und in enger Nachbarschaft aus ein und derselben Urmaterie geformt hätten. Die Gesteine, die die Apollo-Astronauten zur Erde brachten, haben diese These jedoch nicht bestätigt. Es wurde auch ausgeschlossen, daß unser Heimatplanet seinen Trabanten irgendwann einmal eingefangen hat. Vielmehr verdichtete sich die mittlerweile nicht mehr bezweifelte Annahme, daß der Mond von einer heftigen Kollision zeugt. In der Frühzeit des Sonnensystems ist ein Objekt von der Größe des Mars auf die Erde geprallt. Dabei wurde Material von beiden Körpern hochgeschleudert, und aus dem ist unser Himmelsnachbar entstanden. Eine Forschergruppe um Carsten Münker von der Universität Münster, zu der auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und der Universität Frankfurt am Main gehören, hat jetzt herausgefunden, in welchem Verhältnis die beiden Himmelskörper zum Aufbau des Mondes beigetragen haben. Auch zeitlich konnten sie den Prozeß weiter eingrenzen.

          Vieles von dem, was die Astronomen über die Geschichte des Erdtrabanten wissen, hat sich aus der Analyse des Mondgesteins ergeben. Den Forschern ist von Anfang an aufgefallen, daß sich die mitgebrachten Brocken chemisch von den irdischen Gesteinen unterscheiden. Das könnte daran liegen, daß die Silikatmäntel der Erde und des Kollisionskörpers unterschiedlich beschaffen waren. Eine andere Erklärung bestünde darin, daß der Mond entstanden ist, als sich Kern und Mantel der Erde noch nicht vollständig voneinander getrennt hatten. Nach jüngeren Erkenntnissen muß diese Trennung damals mindestens schon teilweise erfolgt gewesen sein. Anders ließe sich der geringe Anteil an Eisen im Mondgestein nicht erklären.

          Chemische Paare liefern Anhaltspunkte

          Die chemische Analyse des Mondgesteins hat jetzt auch die entscheidenden Hinweise darauf geliefert, wie groß die Anteile der Erde und ihres Kollisionspartners am Mond sind. Die Spur haben die Forscher in den Gesteinen der Erde und diverser Meteoriten aufgenommen. Dabei kam ihnen die Tatsache zu Hilfe, daß es unter den chemischen Elementen gleichsam Zwillinge gibt - Paare, deren Partner sich geochemisch gleich verhalten -, etwa Zirkon und Hafnium sowie Niob und Tantal. Die Partner jedes dieser beiden Paare haben unter anderem dieselbe Valenz. Ihr Verhältnis zueinander sollte in allen Gesteinen ungefähr gleich sein.

          Für Meteoriten trifft das auch in etwa zu. Das Verhältnis von Zirkon zu Hafnium beträgt dort etwa 34,3:1, während Niob und Tantal im Verhältnis 19,9:1 vorkommen. In der siliziumreichen Hülle der Erde ist das Niob um etwa dreißig Prozent abgereichert, wie die Forscher um Münker in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift "Science" berichten. Das fehlende Niob ist offensichtlich zum Kern der Erde vorgedrungen.

          In kleineren Himmelskörpern verhalten sich Elemente anders

          Der Grund für die Trennung liegt darin, daß sich Niob und Tantal unter dem extrem hohen Druck, der tief in der Erde herrscht, anders verhalten. In kleineren Himmelskörpern tritt ein solcher Druck nicht auf. In der Erde tendierte das Niob nun dazu, sich den Metallen anzulagern, während sich das Tantal bevorzugt den Silikaten hinwendete.

          Als die Erde noch jung war, waren ihre Gesteine noch nicht überall fest. Als Folge der Energie, die freigesetzt worden war, als sich der Protoplanet aus kleineren Brocken im Sonnensystem gebildet hatte, weichte das Gestein bis in 600 bis 1000 Kilometer Tiefe auf. Unser Heimatplanet war damals von einem mächtigen Magmaozean bedeckt. An der Basis dieses Ozeans herrschten gerade jene Bedingungen, unter denen sich Niob und Tantal voneinander trennen konnten.

          Niob auch im Mond

          Die Analysen des Mondgesteins belegen nun, daß das Niob auch im Mond abgereichert ist, allerdings weniger als im Erdmantel. Unterstellt man, daß im Kollisionspartner der Erde dasselbe Verhältnis von Niob zu Tantal herrschte wie in Meteoriten, läßt sich daraus berechnen, wie sich unser Trabant geformt hat. Den Daten zufolge besteht er ungefähr zur Hälfte, wahrscheinlich sogar zu einem etwas größeren Prozentsatz, aus irdischem Material. Den Rest hat der Kollisionspartner beigetragen.

          Den Verhältnissen von Niob zu Tantal in den verschiedenen Gesteinen entnehmen die Forscher auch den Zeitpunkt, zu dem der Mond entstand. Es war gerade jener "Moment", als sich der Kern der Erde von ihrem Mantel trennte - rund 30 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems, das vor etwa 4,56 Milliarden Jahren entstand.

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