Wie kam das Wasser auf die Erde?

Ungefähr 70% der Oberfläche unseres Planeten Erde sind mit Wasser bedeckt. Wir sind in unserem Sonnensystem genau in der richtigen Entfernung von der Sonne eingebettet, damit dieses flüssige Wasser existieren kann. Noch weiter weg und das Wasser wäre zu Eis gefroren. Noch näher, und die Temperaturen wären zu heiß, und es bestünde die Gefahr eines unkontrollierten Treibhauseffekts, ähnlich dem, der auf der glühenden Oberfläche der Venus stattfindet. Unsere nicht zu kalte, nicht zu heiße Position in der sogenannten „Goldlöckchen-Zone“ ist eine ziemlich gute Sache, denn natürlich ist Wasser für das Leben notwendig.

Aber wie ist das Wasser hierher gekommen? Wasser ist ein prägendes Merkmal unseres Planeten und spielt eine so wichtige Rolle in unserem täglichen Leben. Zu verstehen, wie das Wasser auf die Erde kam, ist ein wichtiger Teil des Verständnisses, wie und wann sich das Leben hier entwickelt hat. Aber wir wissen nicht einmal, wie es woher kam. Wissenschaftler forschen immer noch aktiv daran, wie unser Planet überhaupt so nass geworden ist.

Die frühe Erde

Unser derzeitiges Bild der Planetenentstehung beginnt mit einer protoplanetaren Scheibe – das ist eine große Scheibe aus Gas und Staub, die um unsere neu entstandene Sonne wirbelt. Wenn die Staub- und Eiskörner in der Scheibe mit sich selbst interagieren, beginnen diese Körner, immer größere Klumpen zu bilden. Schließlich bilden diese Klumpen das, was wir Planetesimale nennen, die Bausteine von Gesteins- und Riesenplaneten.

Aber in der Frühzeit der Entstehung unseres Sonnensystems war die Scheibe an der Stelle, an der sich jetzt unsere Erde befindet, viel heißer. Obwohl es also höchstwahrscheinlich Wassermoleküle in dem Trümmerwirrwarr gab, aus dem die Scheibe bestand, war es zu heiß, als dass Wasser zu einer Flüssigkeit hätte kondensieren können – stattdessen verdampfte es. Hinzu kommt, dass die frühe Erde noch keine Atmosphäre besaß, was es den flüssigen Wassertröpfchen erleichterte, ins All geblasen zu werden. Dies stellt uns vor ein kleines Rätsel. Wenn sich die Erde nicht aus der Scheibe mit bereits intakten Ozeanen gebildet haben kann, wie sind sie dann hierher gekommen?

Kometen vs. Asteroiden

Wenn das Wasser der Erde nicht zusammen mit der Erde entstanden ist, dann, so vermuten Planetenforscher, muss es später per außerirdischem Boten angeliefert worden sein. Sowohl Asteroiden als auch Kometen besuchen die Erde und sind dafür bekannt, dass sie Eis beherbergen. (Sie sind sich nicht sicher, was der Unterschied zwischen einem Asteroiden und einem Kometen ist? Sehen Sie sich meine frühere Folge an.) Tatsächlich deuten Modelle der Zusammensetzung von Asteroiden und Kometen darauf hin, dass sie sogar genug Eis beherbergen, um eine Wassermenge geliefert zu haben, die den Ozeanen der Erde entspricht.

So, Problem gelöst? Nicht ganz. War es ein Komet oder ein Asteroid, der das Wasser auf die Erde gebracht hat? War es ein einzelnes Ereignis, oder mehrere? Und wie lange ist es her, dass dies geschah?

Eine Möglichkeit, herauszufinden, ob ein Asteroid oder ein Komet unsere Ozeane gebracht hat, besteht darin, den chemischen Aufbau dieser kosmischen Objekte zu betrachten und ihn mit dem der Erde zu vergleichen, um zu sehen, welche sich ähnlicher sind. Zum Beispiel hat ein Wassermolekül immer 10 Protonen (8 aus dem Sauerstoffmolekül und je eines aus den Wasserstoffmolekülen) und hat normalerweise 8 Neutronen (nur aus dem Sauerstoffmolekül). Aber verschiedene Isotope von Wasser können zusätzliche Neutronen haben. Schweres Wasser zum Beispiel ist das, was wir als Wasser aus Sauerstoff und Deuterium bezeichnen, das ein Isotop des Wasserstoffs ist, oder einfach nur Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron.

Eine Studie, die 2014 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, untersuchte die relativen Mengen verschiedener Wasserisotope – Wassermoleküle mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen – auf Meteoriten, von denen man annimmt, dass sie von dem antiken Asteroiden Vesta auf die Erde gefallen sind. Vesta ist das zweitgrößte Objekt im Asteroidengürtel und hat eine stark verkraterte Oberfläche, was auf eine gewalttätige Vergangenheit voller Kollisionen schließen lässt.

Die Gesteinsproben von Vesta wiesen die gleiche Verteilung der Isotope auf wie auf der Erde. Das bedeutet nun nicht, dass Vesta unbedingt die Quelle unseres Wassers war, sondern dass ein Objekt oder Objekte, die Vesta in Alter und Zusammensetzung ähnlich sind, dafür verantwortlich sein könnten.

Aber der Streit ist noch lange nicht beigelegt. Eine Zeit lang schienen Untersuchungen von Kometen die Idee zu stützen, dass das Wasser der Erde von Asteroiden stammt. Die jüngste Raumsonde Rosetta war die erste, die einen Kometen umkreiste und dann auch die erste, die einen Lander (namens Philae) auf die Kometenoberfläche schickte. Dank Rosetta und Philae entdeckten Wissenschaftler, dass das Verhältnis von schwerem Wasser (Wasser aus Deuterium) zu „normalem“ Wasser (aus normalem, altem Wasserstoff) auf Kometen anders ist als auf der Erde, was darauf hindeutet, dass höchstens 10 % des Wassers auf der Erde auf einem Kometen entstanden sein könnten.

Jedoch erlaubte 2018 ein naher Vorbeiflug des Kometen 46P/Wirtanen den Planetenforschern einen genaueren Blick auf seine Isotopenzusammensetzung mithilfe von SOFIA, einem Jumbojet mit einem Teleskop an Bord – sehr cool. Sie fanden heraus, dass der Komet ein ähnliches Verhältnis von Deuterium und Wasserstoff aufweist wie auf der Erde. Was also unterscheidet diesen Kometen von dem, der von Rosetta und Philae untersucht wurde?

Der Komet 46P/Wirtanen gehört zu einer Klasse sogenannter „hyperaktiver“ Kometen, das heißt, sie setzen bei ihrer Annäherung an die Sonne mehr Wasser frei als ein normaler Komet. Wie machen sie das? Wenn sich ein normaler Komet der Hitze der Sonne nähert, sublimieren die Eispartikel aus seinem Kern oder gehen direkt von festem Eis in ein Gas über, das dann später zu flüssigem Wasser kondensieren kann, wenn es zum Beispiel auf einer Planetenoberfläche ankommt. Aber ein hyperaktiver Komet verliert nicht nur das Eis aus seinem Kern, sondern auch eisreiche Partikel in seiner Atmosphäre, die zuvor erhitzt und aus dem Kern freigesetzt wurden, aber noch herumhängen. Diese eisigen Partikel könnten der Grund dafür sein, dass hyperaktive Kometen Isotopenverhältnisse aufweisen, die denen auf der Erde ähnlicher sind.

So sind hyperaktive Kometen zwar seltener, aber die Tatsache, dass sie ähnliche Isotopenbudgets wie auf der Erde haben, bringt sie wieder ins Rennen um den kosmischen Wasserträger der Erde.

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