Junge Erde im Computer

In ihrer frühen Entwicklungsphase vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kollidierte die Erde vermutlich mit dem marsgroßen Protoplaneten Theia. Aus den Trümmern entstand der Mond. Auch nach diesem gewaltigen Zusammenstoß schlugen noch weitere Himmelskörper auf der Erde ein – teils mit Durchmessern von mehr als tausend Kilometern. Diese sogenannten Planetesimale trugen wahrscheinlich deutlich mehr zur heutigen Erdmasse bei als bisher angenommen. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler mithilfe von detaillierten Computermodellen, die sie nun in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ präsentieren.

Auf dem Bild ist ein Ausschnitt der Erde dargestellt. Mit kleinen Kreisen wird verdeutlicht, wie sich das Material eines Himmelskörpers nach einer Kollision in der Erde verteilt.
Simulation einer Kollision

Simone Marchi vom Southwest Research Institute in Boulder und seine Kollegen analysierten in ihren Computersimulationen, wie der Aufprall von Himmelskörpern mit Durchmessern zwischen 1000 und 4000 Kilometern auf die frühe Erde ablief. Bei unterschiedlichen Aufschlagwinkeln und mit Geschwindigkeiten von bis zu 24 Kilometern pro Sekunde war die Wucht offenbar so groß, dass ein Teil der mitgeführten Silikate und stark siderophilen – also eisenliebenden – Elemente wie Gold, Platin und Iridium bis in den Erdkern gelangte und dort dauerhaft eingelagert wurde. Die verbleibende Menge verteilte sich im Erdmantel und in der Erdkruste.

Bisher nahmen Forscher an, dass die von den Planetesimalen stammenden Metalle allesamt im Erdmantel verblieben. Demnach dürfte ein halbes Prozent der gegenwärtigen Erdmasse auf Einschläge in den Hunderten von Millionen Jahren nach der Mondentstehung zurückgehen. Die neuen Ergebnisse – nach denen deutlich weniger der angelieferten siderophilen Elemente im Erdmantel landeten – legen dagegen nahe, dass die Erde in dieser Zeit die doppelte bis fünffache Materialmenge durch Kollisionen mit Planetesimalen aufgenommen hat.

Für ihre Theorie führen die Forscher um Marchi auch Analysen von uralten Gesteinen in Grönland und Südafrika an. Diese weisen überdurchschnittlich hohe Anteile an Wolfram auf, die ihren Ursprung womöglich in den Kernen der aufgeprallten Planetesimale haben. Weitere Gesteinsanalysen könnten die neue, auf Simulationen beruhende Theorie künftig untermauern.