In ihren Kinderschuhen mag die Erde einen Planeten verschluckt haben, der Merkur ähnelt, aber viel größer ist. Diese frühe Mahlzeit könnte den rätselhaften Aufbau der Erdschichten erklären und das Magnetfeld erklären, das das Leben hier ermöglicht.
Verwandte Inhalte
- Bescheidenes Magnesium könnte das Magnetfeld der Erde antreiben
- Das Erdmagnetfeld ist mindestens vier Milliarden Jahre alt
- Metallregen könnte erklären, warum die Erde aus anderem Material besteht als der Mond
"Wir denken, wir können diese beiden Vögel mit einer Klappe schlagen", sagt Bernard Wood, Geochemiker an der Universität Oxford, der diese Idee diese Woche in der Zeitschrift Nature berichtete.
Wenn es unglaublich erscheint, dass wir 2015 immer noch nicht wissen, wie sich unsere Welt gebildet hat, überlegen Sie, wie schwierig es ist, einen Blick in ihr Inneres zu werfen. Die längsten und härtesten Bohrer, die bisher hergestellt wurden, können nicht über die dünne Außenkruste der Erde hinausreichen. Natürliche Kanäle aus heißem Gestein bringen Materialien aus der tieferen Mantelschicht an die Oberfläche, damit wir sie untersuchen können, aber selbst diese Säulen, die hunderte von Kilometern lang sind, wirken flach, wenn wir an das Zentrum des Planeten denken, das mehr als 3.700 Meilen unter uns liegt. Das Zusammensetzen der Erdgeschichte ist daher ein bisschen wie der Versuch zu erraten, wie ein Kuchen gebacken wurde, indem man das Zuckergussglas und vielleicht ein paar streunende Krümel probiert. Es gibt noch viel Raum für neue Beweise und neue Ideen.
"Es ist eine aufregende Zeit, im Feld zu sein", sagt der Geochemiker Richard Carlson von der Carnegie Institution of Washington. "Viele Dinge ergeben sich aus Studien der tiefen Erde, die wir nicht sehr gut verstehen."
Die traditionelle Sichtweise, wie die Erde zusammenkam, beginnt mit dem Verklumpen von Weltraummüll. Steine, die den steinernen Meteoren ähnelten, die heute noch auf uns herabregnen, bildeten immer größere Klumpen. Ausgedrückt, verprügelt und erhitzt, schmolz ein wachsender Trümmerhaufen schließlich und kühlte dann ab, wobei sich über Milliarden von Jahren Schichten bildeten. Geologische Krümel, die in den 1980er Jahren untersucht wurden, bestätigten diese Geschichte. Mit Ausnahme bestimmter Metalle wie Eisen, von denen angenommen wird, dass der größte Teil im Erdkern versunken ist, schienen terrestrische Gesteine aus dem gleichen Material wie Chondriten zu bestehen, einer bestimmten Gruppe steiniger Meteore.
Dann, vor ungefähr einem Jahrzehnt, fand Carlson Raum für Zweifel, nachdem er Erdgesteine und Weltraumgesteine mit besseren Instrumenten verglichen hatte. Sein Team untersuchte zwei seltene Elemente mit ungewöhnlichen Namen und magnetischen Persönlichkeiten: Neodym, ein Bestandteil der Magnete, die in Hybridautos und großen Windturbinen verwendet werden, und Samarium, die in Kopfhörermagneten üblich sind. Terrestrische Proben enthielten im Vergleich zu Samarium weniger Neodym als Chondrite, stellten die Forscher fest.
Diese kleine Diskrepanz von nur wenigen Prozent war immer noch schwer zu erklären. Möglicherweise, so spekulierte Carlson, bildete eine sich abkühlende Erde Schichten, die viel schneller als bisher angenommen waren, in zig Millionen von Jahren statt in Milliarden. Eine obere Schicht, die sich schnell bildete, würde an Neodym verarmt sein, ausgeglichen durch eine untere Schicht, die das fehlende Element tief im Mantel verbarg. Es wurden jedoch keine Beweise für dieses geheime Reservoir gefunden. Seine Tendenz, in der Tiefe hartnäckig zu bleiben, ist schwer zu erklären, da der Mantel wie kochende Suppe kocht und seine Zutaten oft an die Oberfläche bringt, während er Vulkane erzeugt. Und wenn der Mond geboren wurde, als ein Planetenkörper in die Erde zerschmettert ist, wie allgemein angenommen wird, hätte das durch diesen Aufprall verursachte Schmelzen das Reservoir wieder in den Mantel zurückmischen müssen.
Anstatt zu versuchen, verstecktes Neodym zu erklären, kam eine zweite Gruppe von Wissenschaftlern auf die Idee, es loszuwerden. Sie stellten sich eine mit Neodym angereicherte Kruste vor, die auf den chondritischen Gesteinen wächst, aus denen die Erde gemacht wurde. Kollisionen zwischen diesen Objekten könnten viel von dieser äußeren Schicht abgekratzt haben, wodurch Neodym seltener wird.
Aber auch mit dieser Sichtweise gibt es Probleme. Es wurden noch keine Meteoriten mit ähnlichen Zusammensetzungen wie die erodierten Trümmer gefunden. Außerdem hätte diese abgestreifte Haut einen Großteil der Erdwärme mitgenommen. Uran, Thorium und andere radioaktive Stoffe, von denen wir wissen, dass sie für die Wärme unseres Planeten verantwortlich sind, wären ebenfalls in der entfernten Schicht gelandet.
„Ungefähr 40 Prozent der wärmeerzeugenden Elemente der Erde würden im Weltraum verloren gehen“, sagt Ian Campbell, Geochemiker an der Australian National University.
In der Hoffnung, an diesen kritischen Elementen festzuhalten, beschloss Wood, die Chemie der Erde in seiner Jugend zu optimieren. Er ließ sich von einem der fremden Planeten unseres Sonnensystems inspirieren: Merkur. Chemisch gesehen ist der der Sonne am nächsten liegende Planet ein höllischer Ort voller Schwefel, der in der modernen Wissenschaft als Schwefel bekannt ist. Wie würden sich Schichten auf einer jungen Erde bilden, wenn der Planet eher wie Merkur aussähe? Um diese Frage zu beantworten, fügte Wood Schwefel zu Gemischen von Elementen hinzu, die die Zusammensetzung der primitiven Erde simulieren sollen. Er kochte die Scheinplaneten bei so heißen Temperaturen wie brennendem Düsentreibstoff und schlug sie mit einem Kolben auf den 15.000-fachen Druck in einem typischen Haushaltsdruckkochtopf.
Mit genügend Schwefel versetzt, vergruben die Miniatur-Protowelten Neodym, während sie Schichten bildeten - nicht in ihren gefälschten Mänteln, sondern noch tiefer in ihren gefälschten Kernen. Neodym, das endgültig im Kern eingeschlossen ist, könnte für Carlsons Anomalie verantwortlich sein. Dieser zusätzliche Schwefel könnte von einem quecksilberähnlichen Objekt stammen, das die wachsende Erde schon früh getroffen hat, vielleicht sogar von demselben Objekt, von dem angenommen wird, dass es den Mond geformt hat, vermutet Wood.
„Wir bräuchten einen Körper, der 20 bis 40 Prozent so groß ist wie die Erde.“ Es ist auch möglich, dass die Erde zu Beginn aus einem Kern gewachsen ist, der nicht aus Chondriten, sondern aus anderen schwefelhaltigen Weltraumschrotten besteht. In jedem Fall hätte diese kosmische Handlung die Voraussetzungen für den Aufstieg des Lebens auf der Erde schaffen können. Das liegt daran, dass Schwefel auch dazu beigetragen hätte, Uran und Thorium in den Kern zu ziehen. Die zusätzliche Wärme dieser radioaktiven Elemente könnte dazu beitragen, den äußeren Teil des Kerns zu verwirren, und es wird angenommen, dass diese heftige Bewegung der Metallschmelze die Ströme hervorruft, die ihrerseits das Erdmagnetfeld erzeugen.
Eine nicht maßstabsgetreue Darstellung der Sonne und ihrer Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld. (NASA Goddard Space Flight Center) Ohne Magnetismus könnten Meeresschildkröten und Seekapitäne nicht navigieren - oder gar existieren. Ohne den Schutz, den das Feld vor energiereichen Partikeln bietet, die aus der Sonne strömen, wäre Leben auf der Oberfläche des Planeten nicht möglich gewesen.
Woods Kollegen beschreiben seine Theorie als plausibel. Aber wie die anderen Ursprungsgeschichten, die in den letzten Jahren über die Erde geschrieben wurden, ist es alles andere als endgültig. Zum einen blieben die im Experiment erreichten extremen Temperaturen und Drücke weit hinter den Bedingungen im Inneren der Proto-Erde zurück. Zum anderen haben Untersuchungen, wie Erdbeben durch das Innere des Planeten wandern, die Lichtstärke des Kerns begrenzt, und das Ablassen von viel Schwefel in der Mitte des Planeten könnte den Kern unangenehm nahe an diese Grenzen bringen.
Um seinen Standpunkt zu stärken, plant Wood, das Periodensystem nach anderen Elementen mit mysteriösen Mengen abzusuchen, die durch Zugabe von Schwefel zur ursprünglichen Mischung erklärt werden könnten. Angesichts der Geschichte des Feldes wird es eine Menge kosten, Skeptiker wie Bill McDonough, einen Geochemiker an der University of Maryland, zu überzeugen. "Ich habe diese Idee deutlich unter die 50-prozentige Chance gesetzt, richtig zu liegen", sagt er .
