Verdampfendes Gestein beeinflusste Zusammensetzung von Planeten

Bei der Planetenentstehung in unserem Sonnensystem haben Zusammenstöße die ersten kleinen Himmelskörper – Planetesimale genannt – nicht nur immer wieder verflüssigt, sondern einen Teil des Gesteins sogar verdampfen lassen. So lassen sich die heute beobachteten Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der erdähnlichen inneren Planeten erklären, wie nun voneinander unabhängige Untersuchungen zweier Forscherteams zeigen. Etwa 40 Prozent der Masse der ursprünglichen Planetesimale könnte verdampft und somit verloren gegangen sein, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Zusammenstoß zweier Körper, aufgebaut aus kleinen Partikeln.
Kollision zweier Planetesimale in der Computersimulation

Die sogenannten chondritischen Meteoriten ähneln in ihrer chemischen Zusammensetzung stark der Sonne, weshalb Astronomen sie für Überreste der allerersten Planetenbausteine halten. „Im Gestein der Erde gibt es deutlich weniger vergleichsweise leicht verdampfende Elemente wie Blei, Zink, Indium, und Alkalimetalle als in chondritischen Meteoriten“, erklären Ashley Norris und Bernard Wood von der University of Oxford. Bislang rätselten Wissenschaftler deshalb, warum die Erde nicht die gleiche Zusammensetzung zeigt, wie die Chondriten – und warum sich auch die Zusammensetzung der Planeten untereinander unterscheidet.

Norris und Wood haben irdisches Gestein unter kontrollierten Bedingungen, die jenen in der Entstehungsphase des Sonnensystems entsprechen, geschmolzen und beobachtet, welche Elemente dabei bevorzugt verdampfen. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass genau die Elemente besonders stark verdampfen, die heute im irdischen Gestein gegenüber den Chondriten abgereichert sind. „Das Schmelzen und Verdampfen durch Kollisionen von Planetenbausteinen – sowie eventuell auch durch den Zusammenstoß, der zur Entstehung des Mondes geführt hat – können also die Häufigkeit der leichter flüchtigen Elemente im irdischen Gestein erklären“, folgern Norris und Woods.

Unterstützung erhalten die beiden Forscher durch die Arbeit von Remco Hin von der University of Bristol und seinen Kollegen. Die Wissenschaftler präsentieren die bislang genaueste Untersuchung des Verhältnisses zweier Magnesiumisotope im irdischen Gestein und in Meteoriten. Im Vergleich zu Chondriten enthält das irdische Gestein einen geringeren Anteil des leichteren Magnesiumisotops – für die Forscher wiederum ein Indiz für die Verdampfung von Gestein im Verlauf der Planetenentstehung. Sowohl Hin und seine Kollegen als auch Norris und Wood weisen allerdings darauf hin, dass der Gesteinsdampf nur bei relativ kleinen Himmelskörpern – etwa bis zur Hälfte der Größe von Pluto – der Anziehungskraft entkommen und ins Weltall entweichen kann. Der Verdampfungsprozess hat demnach bereits in einer frühen Phase der Planetenentstehung eine wichtige Rolle gespielt und die heutigen Planeten haben ihre chemische Zusammensetzung von den in dieser ersten Phase entstandenen Planetenbausteinen geerbt.