Nov22

Eine heftige Kollision der Ur-Erde vor 4,5 Milliarden Jahren mit einem marsgrossen Himmelskörper wird heute als wahrscheinlichstes Szenarium der Mondentstehung gesehen. Die Energie des Aufpralls soll die gesamte Erdoberfläche auf über 10’000 Grad Celsius erhitzt haben, und die Wucht des Einschlags soll die Oberflächen beider Körper zertrümmert, Trillionen Tonnen Gestein verdampft und ins All geschleudert haben. Ein Teil davon sammelte sich in einer Erdumlaufbahn und ballte sich relativ schnell zum Erdmond zusammen. Und der Transfer von Drehimpuls brachte den Mond auf seine heutige Bahn und sorgte zudem für die klimatisch günstige Neigung der Erdachse.

Schon seit über 20 Jahren wird die Impact- oder Aufprall-Theorie zur Entstehung des Mondes favorisiert. Davor hatten die Forscher drei andere Erklärungsmodelle: Die Einfang-, die Abspaltungs- und die Schwesterplanet-Theorie.

Impact: Erde-Mond, © Getty Images/Science Photo Library

Der Aufprall bewirkte, dass Teile der Oberfläche beider Himmelskörper verdampften, © Getty Images/Science Photo Library

Ein gutes Modell muss alle dynamischen und chemischen Eigenschaften des Mondes und der Erde erklären können. So sind die wichtigsten Fragen: Wieso hat der Mond nur einen sehr kleinen Eisenkern? Wieso ist auf dem Mond der Anteil der chemischen Elemente, die schnell verdampfen, geringer als auf der Erde? Warum ist im Mondgestein der Anteil an den schnell kondensierenden Elementen Aluminium, Kalzium, Thorium und Uran höher, aber das Verhältnis der verschiedenen Sauerstoffisotope mit dem Verhältnis auf der Erde gleich? Und zu guter Letzt: Woher kommt der hohe Drehimpuls, der in der Bewegung des Erde-Mond-Systems und der Erddrehung steckt?

Mond und Erde aufgenommen von DSCOVR, © NASA

Die Rückseite des Mondes vor der viel helleren, blau-weissen Erde, aufgenommen von DSCOVR, © NASA

Die Einfangtheorie

Nach dieser Vorstellung ist der Mond an einer Stelle des Sonnensystems entstanden, wo ein geringerer Eisenanteil in der Ur-Wolke herrschte. Der Proto-Mond kam auf seiner Bahn der Erde sehr nahe und wurde durch die Erdschwerkraft eingefangen. Dazu muss der Mond allerdings seine Bewegungsenergie verlieren. Computersimulationen haben gezeigt, dass das eher unwahrscheinlich ist. Ausserdem kann dieses Modell nicht erklären, warum die selben Sauerstoffverhältnisse wie auf der Erde vorkommen, auch wenn der Mond an einem anderen Ort mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen entstanden ist.

Die Abspaltungstheorie

Diese Vorstellung geht auf Georg Darwin zurück, den Sohn des berühmten Evolutionsforschers Charles Darwin. Ihm zufolge drehte sich die junge glutflüssige Erde so schnell um ihre eigene Achse, dass sie sich am Äquator sehr stark ausbeulte. Es löste sich schliesslich ein Tropfen aus der Erde und wurde in eine Umlaufbahn geschleudert. Der Mond sollte dann recht genau die chemische Zusammensetzung der Erdkruste haben. Für das Sauerstoffverhältnis stimmt das, für die anderen Elemente sind die Abweichungen zu gross. Zudem müsste die Umdrehung so schnell gewesen sein, dass ein Tag auf der Ur-Erde höchstens 2,5 Stunden gedauert hätte. Wie eine so hohe Drehgeschwindigkeit zustande kommt, kann man nicht erklären.

Die Schwesterplanet-Theorie

Nach dieser Vorstellung sind Erde und Mond gleichzeitig auf dem jetzigen Orbit um die Sonne in der Ur-Wolke entstanden. Von Anfang an haben sich bei der Zusammenballung von Staubteilchen und Meteoriten zwei umeinander kreisende grössere Klumpen gebildet, die nach und nach angewachsen sind. Das Modell kann die heutige Dynamik des Erde-Mond-Systems nicht erklären und es bleibt ungeklärt, warum die chemische Zusammensetzung von Mond und Erde verschieden ist, obwohl beide im selben Gebiet entstanden sein sollen.

Die Aufprall- oder Impact-Theorie

Dieses Modell löst die meisten offenen Fragen der Vorgänger-Theorien: Etwa die Hälfte der Mondmasse und die Hälfte der Erdkrustenmasse besteht aus Sauerstoffatomen und die Verhältnisse der Sauerstoffisotope sind in beiden Fällen gleich. Das spricht für eine Entstehung des Mondes aus Erdkrustengestein. Marsgestein und Meteorite haben ein anderes Isotopenverhältnis.

Impact-Theorie

Durch den Aufprall verdampfte Gesteinsmassen werden ins Weltall geschleudert wo sie sich nach und nach zum Mond zusammenballen, © Wissen Media Verlag

In der Wolke aus verdampftem Gestein kondensierten bestimmte Elemente wie Uran und Thorium besonders schnell. Leicht verdampfende Stoffe verflüchtigten sich dagegen in den Weltraum. Das erklärt die unterschiedliche Zusammensetzung des Mondgesteins gegenüber dem Krustengestein der Erde.

Wie neuste Studien belegen, gibt es auf dem Mond Wasser und es stammt aus derselben Quelle wie das irdische, denn auch die Erde war nicht knochentrocken. Damit wird die Theorie untermauert, dass der Mond einst aus der Erde herausgeschlagen wurde.

Geologisch unterscheiden sich Mond und Erde am deutlichsten in ihrem Eisengehalt. Der Radius des Eisen/Nickel-Kerns der Erde beträgt mehr als die Hälfte des Erdradius. Der Mond hingegen hat einen sehr kleinen Kern. Und bezogen auf den gesamten Mondkörper erreicht das Eisen – Silizium Verhältnis nur 0,22. Das ist das niedrigste Verhältnis im gesamten Sonnensystem. Demnach hat sich zum Zeitpunkt der Kollision das meiste Eisen schon im jeweiligem Zentrum als Kern abgesetzt. Verdampft und in den Weltraum geschleudert wurde eisenarmes Krustengestein.

Mit der Impact-Theorie können auch die Bewegungsenergie und der Drehimpuls des heutigen Mond-Erde-Systems erklärt werden. Der Aufprall des marsgrossen Proto-Planeten muss dabei sehr flach gewesen sein. Für das Katastrophen-Szenario spricht auch der Umstand, dass das Erde-Mond-System eine Besonderheit im Sonnensystem darstellt, denn es sind nicht viele Doppelplaneten entstanden.

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