Laut Giant Impact Hypothese , der Mond entstand, als ein marsgroßes Objekt (namens Theia) vor Milliarden Jahren mit der Erde kollidierte, zu einer Zeit, als die Erde noch eine Magmakugel war. Dieses Ereignis führte nicht nur zu dem Erde-Mond-System, das wir heute kennen, sondern es soll auch zur Differenzierung der Erdkernregion in einen geschmolzenen Äußeren Kern und einen festen Inneren Kern geführt haben.
Allerdings gibt es eine anhaltende Debatte über den Zeitpunkt dieses Einschlags und wie lange die anschließende Bildung des Mondes dauerte. Laut einer neuen Studie eines deutschen Forscherteams entstand der Mond aus einem Magmaozean, dessen Erstarrung bis zu 200 Millionen Jahre dauerte. Dies bedeutet, dass sich der Mond vor etwa 4,425 Milliarden Jahren oder 100 Millionen Jahren später als bisher angenommen beendet hat.
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift erschienen istWissenschaftliche Fortschritte(mit dem Titel „ Ein langlebiger Magmaozean auf einem jungen Mond “), wurde von Planetengeophysikern der Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) zusammen mit Forschern der Technische Universität Berlin und der Institut für Planetologie an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
Als sich die Erde vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren noch im Entstehungsprozess befand, war das Sonnensystem ein ziemlich chaotischer Ort. Planetesimale, die sich ebenfalls aus der protoplanetaren Scheibe gebildet hatten, wurden damals hin und her geschleudert und kollidierten gelegentlich mit einem Planeten. Im Fall der Erde hatte dies den Effekt, dass ihre Masse erhöht wurde und ihre Kernregion dichter und heißer wurde.
Im Laufe der Zeit sanken schwerere Elemente in den Mittelpunkt der Erde, was zur Bildung ihres Eisen-Nickel-Kerns führte. Gleichzeitig schmolzen immer größere Teile des Erdmantels zu einem Magmaozean. Als Theia mit der Erde kollidierte, wurde dieser Ozean mehrere tausend Kilometer tief und ein Großteil davon wurde in den Weltraum geschleudert. Dieses Material wurde dann entweder von der Erde resorbiert oder verschmolz in einer Umlaufbahn um sie herum, um den Mond zu bilden.
Während die meisten Wissenschaftler heute glauben, dass dies ein zutreffendes Szenario für die Entstehung des Mondes ist, herrschte Uneinigkeit über die Details und den Zeitpunkt des Prozesses. Wie Maxime Maurice, DLR-Forscher und Erstautor der Studie, genannt :
„Die Ergebnisse unserer neuesten Modellierung legen nahe, dass die junge Erde etwa 140 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems vor 4,567 Milliarden Jahren von einem Protoplaneten getroffen wurde. Nach unseren Berechnungen geschah dies vor 4,425 Milliarden Jahren – mit einer Unsicherheit von 25 Millionen Jahren – und der Mond war geboren.“
Künstlerische Darstellung eines massiven Objekts, das mit der Erde kollidiert, was zur Bildung des Mondes führte. Credit: Rice University
Einer der Gründe, warum es Uneinigkeit über die Grand Impact-Hypothese gab, hat mit dem zu tun, was sie ursprünglich inspiriert hat: Mondgestein. Im Grunde genommen von allen Mondgesteinen, die von den sechs auf die Erde zurückgebracht wurdenApolloMissionen und die drei sowjetischenMondLander, keiner liefert eine direkte Aufzeichnung des Mondalters. Infolgedessen mussten sich Wissenschaftler auf indirekte Methoden verlassen, um Schätzungen des Mondalters zu erstellen.
Darüber hinaus führte die durch die Materialanlagerung gewonnene Energie auch zur Bildung eines Magmaozeans auf dem Mond, der die gesamte Oberfläche bedeckte und damals über 1000 km tief war. Ebenso wie die Erde begann dieser Magmaozean schnell abzukühlen und zu kristallisieren, um eine Kruste zu bilden, die das darunter liegende Magma isoliert und den Abkühlungsprozess verlangsamt.
Bisher konnten Wissenschaftler nicht bestimmen, wie lange es dauerte, bis der Magmaozean vollständig kristallisiert war, was die Bestimmung der ursprünglichen Mondbildung schwierig machte. Für ihre Schätzungen verwendeten Maurice und seine Kollegen ein neues Computermodell, das die Prozesse bei der Erstarrung des Magmas umfassend berücksichtigte – ähnlich wie Maurice (wenn auch detaillierter) für seinen Ph.D. These.
Dabei wurde berechnet, wie sich die Zusammensetzung der magnesium- und eisenreichen Silikatmineralien in der Mondkruste (die sich bei der Erstarrung des Magmas gebildet haben) im Laufe der Zeit verändert hat. Was sie fanden, waren Beweise dafür, dass sich mit fortschreitender Erstarrung die Zusammensetzung des verbleibenden Magmaozeans drastisch veränderte.
Magmaozean und erste felsige Kruste auf dem Mond. Bildnachweis: NASA/GSFC
Diese Erkenntnis ermöglichte es dem Team, die Entstehung verschiedener Gesteinsarten auf dem Mond mit einem bestimmten Stadium des Erstarrungsprozesses in Verbindung zu bringen. Dies führte schließlich zu dem Schluss, dass der Magmaozean des Mondes fast 200 Millionen Jahre brauchte, bevor er sich vollständig zur Mondkruste verfestigte. Dies widerspricht dem, was Wissenschaftler zuvor dachten, nämlich dass es nur 35 Millionen Jahre dauerte, um sich zu verfestigen.
Als Sabrina Schwinger, Wissenschaftlerin im DLR und Co-Autorin der Studie, zusammengefasst :
„Durch den Vergleich der gemessenen Zusammensetzung des Mondgesteins mit der von unserem Modell vorhergesagten Zusammensetzung des Magmaozeans konnten wir die Entwicklung des Ozeans bis zu seinem Ausgangspunkt, dem Zeitpunkt der Mondentstehung, zurückverfolgen.“
Nicht zuletzt stimmen die Ergebnisse dieser Studie mit früheren Altersschätzungen überein, die mit der Uran-Blei-Methode ermittelt wurden. Basierend auf der Rate, mit der Uran in Blei zerfällt, stellten die Wissenschaftler fest, dass sich der metallische Kern der Erde ungefähr zur gleichen Zeit gebildet hat. Daher ist diese Studie die erste, die das Alter des Mondes direkt mit einem Ereignis am Ende der Erdentstehung in Verbindung bringt.
Wie immer kann die Bestimmung, wie sich ein Körper im Sonnensystem gebildet hat, auch Aufschluss darüber geben, wie es den anderen ging. Und wenn es um das Erde-Mond-System geht, sind die Ursprünge des einen untrennbar mit dem anderen verbunden.
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