Meteoriten enthüllen den wahrscheinlichen Ursprung der flüchtigen Chemikalien der Erde

Äußeres Sonnensystem spielt eine größere Rolle als bisher angenommen

03.02.2023 - Großbritannien

Durch die Analyse von Meteoriten haben Imperial-Forscher den wahrscheinlich weit entfernten Ursprung der flüchtigen Chemikalien auf der Erde aufgedeckt, von denen einige die Bausteine des Lebens bilden.

Sie fanden heraus, dass etwa die Hälfte des Inventars der Erde an dem flüchtigen Element Zink von Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem stammt - dem Teil jenseits des Asteroidengürtels, der die Planeten Jupiter, Saturn und Uranus umfasst. Es wird erwartet, dass dieses Material auch andere wichtige flüchtige Stoffe wie Wasser geliefert hat.

Flüchtige Stoffe sind Elemente oder Verbindungen, die bei relativ niedrigen Temperaturen vom festen oder flüssigen Zustand in Dampf übergehen. Dazu gehören die sechs häufigsten Elemente, die in lebenden Organismen vorkommen, sowie Wasser. Die Zugabe dieses Materials wird also für die Entstehung des Lebens auf der Erde wichtig gewesen sein.

Bislang gingen die Forscher davon aus, dass die meisten flüchtigen Stoffe auf der Erde von Asteroiden stammen, die sich näher an der Erde gebildet haben. Die Ergebnisse geben wichtige Hinweise darauf, wie die Erde zu den besonderen Bedingungen kam, die für die Erhaltung des Lebens erforderlich sind.

Der Hauptautor Professor Mark Rehkämper vom Imperial College London, Abteilung für Geowissenschaften und Ingenieurwesen, sagte: "Unsere Daten zeigen, dass etwa die Hälfte des Zinkbestandes der Erde durch Material aus dem äußeren Sonnensystem, jenseits der Umlaufbahn des Jupiters, geliefert wurde. Nach den derzeitigen Modellen der frühen Entwicklung des Sonnensystems war dies völlig unerwartet".

Frühere Forschungen deuteten darauf hin, dass sich die Erde fast ausschließlich aus Material aus dem inneren Sonnensystem gebildet hat, woraus die Forscher schlossen, dass dies die vorherrschende Quelle für die flüchtigen Chemikalien der Erde war. Im Gegensatz dazu deuten die neuen Ergebnisse darauf hin, dass das äußere Sonnensystem eine größere Rolle gespielt hat als bisher angenommen.

Professor Rehkämper fügte hinzu: "Dieser Beitrag von Material aus dem äußeren Sonnensystem spielte eine entscheidende Rolle beim Aufbau des Inventars an flüchtigen Chemikalien auf der Erde. Es sieht so aus, als ob die Erde ohne den Beitrag von Material aus dem äußeren Sonnensystem eine viel geringere Menge an flüchtigen Stoffen hätte, als wir sie heute kennen - wodurch sie trockener wäre und möglicherweise nicht in der Lage, Leben zu ernähren und zu erhalten."

Die Ergebnisse sind in Science veröffentlicht.

Für die Studie untersuchten die Forscher 18 Meteoriten unterschiedlicher Herkunft - elf aus dem inneren Sonnensystem, so genannte nicht-kohlenstoffhaltige Meteorite, und sieben aus dem äußeren Sonnensystem, so genannte kohlenstoffhaltige Meteorite.

Für jeden Meteoriten maßen sie die relativen Häufigkeiten der fünf verschiedenen Formen - oder Isotope - von Zink. Anschließend verglichen sie jeden isotopischen Fingerabdruck mit Erdproben, um abzuschätzen, wie viel jedes dieser Materialien zum Zinkbestand der Erde beigetragen hat. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Erde zwar nur etwa zehn Prozent ihrer Masse aus kohlenstoffhaltigen Körpern aufnahm, dieses Material jedoch etwa die Hälfte des Zinks der Erde lieferte.

Den Forschern zufolge ist es wahrscheinlich, dass Material mit einer hohen Konzentration an Zink und anderen flüchtigen Bestandteilen auch relativ häufig im Wasser vorkommt, was Aufschluss über den Ursprung des Wassers auf der Erde geben könnte.

Die Erstautorin der Studie, Rayssa Martins, Doktorandin an der Fakultät für Geowissenschaften und Ingenieurwesen, sagte: "Wir wissen seit langem, dass die Erde mit kohlenstoffhaltigem Material angereichert wurde, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieses Material eine Schlüsselrolle beim Aufbau unseres Haushalts an flüchtigen Elementen spielte, von denen einige für das Gedeihen von Leben unerlässlich sind".

Als nächstes werden die Forscher Gesteine vom Mars, der vor 4,1 bis 3 Milliarden Jahren Wasser beherbergte, bevor er austrocknete, und vom Mond analysieren. Professor Rehkämper sagte: "Die weit verbreitete Theorie besagt, dass der Mond entstand, als ein riesiger Asteroid vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in die embryonale Erde einschlug. Die Analyse von Zinkisotopen in Mondgestein wird uns helfen, diese Hypothese zu überprüfen und festzustellen, ob der kollidierende Asteroid eine wichtige Rolle bei der Lieferung von flüchtigen Stoffen, einschließlich Wasser, an die Erde gespielt hat".

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