Woher stammt das Wasser auf der Erde?

Wie das Wasser auf die Erde gelangte, ist noch nicht klar. Es gibt zwei Hypothesen: Der ersten zufolge enthielt der Planet von Anfang an Wasser. Es kann aber auch von Meteoroiden oder Kometen stammen, die auf die Erde stürzten. Als am wahrscheinlichsten gilt die Herkunft von Asteroiden, die jenseits des Mars kreisten.

Ohne Wasser ist die Erde nicht vorstellbar. Mehr als zwei Drittel der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt. Süßwasser lagert in Form von Eisschilden und Gletschern auf den Kontinenten, durchströmt Flüsse und Seen und ist in Gesteinsporen und Höhlen auch unterirdisch zu finden. Auch manches Gestein enthält Spuren von Wasser. Und bei Vulkanausbrüchen wird oft Wasserdampf freigesetzt, der im Magma gebunden war. Wissenschaftler haben starke Indizien dafür, dass es schon sehr lange Wasser auf der Erde gibt, wahrscheinlich seit ihrer eigenen Entstehungszeit.

Kissenlava

Ein Hinweis darauf, dass Wasser auf dem Planeten bereits in seiner Frühzeit zu finden war, ist eine bestimmte Art vulkanischen Gesteins. Hat Lavagestein die Form eines Kissens, so wissen Geologen, dass es durch den Kontakt von flüssiger Lava mit Wasser entstanden sein muss. Die älteste bekannte „Kissenlava“ befindet sich auf Grönland und ist 3,8 Milliarden Jahre alt. Unabhängige geochemische Gesteinsanalysen deuten darauf hin, dass Wasser womöglich schon vor mehr als vier Milliarden Jahren auf der Erde vorhanden war.

Wie die wichtige chemische Verbindung aus Sauerstoff und Wasserstoff ursprünglich auf die Erde gelangt ist, ist noch ungewiss. Es kursieren derzeit zwei plausible Hypothesen. Da man in Gesteinsproben vom Mond ebenfalls Spuren von Wasser fand, nehmen Geologen generell an, dass das Wasser bereits vor der Bildung des Mondes zum Vorläufer der Erde gelangte. Vor rund 4,5 Milliarden Jahren kollidierte ein etwa marsgroßer Himmelskörper mit der jungen Erde, wodurch sich eine Scheibe aus Gas und Staub um den Planeten bildete. Daraus entwickelte sich schließlich der Erdtrabant.

Blick in die Geschichte des Sonnensystems

In der Frühzeit des Sonnensystems drehte sich eine heiße scheibenförmige Wolke aus Gasen und Staubpartikeln um die Sonne. Diese Wolke ballte sich allmählich an mehreren Stellen zusammen, und durch Kollisionen der ersten Himmelskörper bildeten sich nach und nach die Planeten, wie wir sie heute kennen. Möglicherweise war das Wasser schon von Beginn an in dem Material enthalten, aus dem die Erde damals zusammenklumpte. Das ist die erste Hypothese für den Ursprung des Wassers.

Allerdings kennen Astrophysiker die Details jener Frühzeit noch nicht genau. Sie rätseln etwa, in welchen Teilen des Sonnensystems Wasser vorhanden war und in welchen nicht. Vermutlich war die Region rings um die Sonne staubtrocken, weil Wasser hier durch die intensive Sonneneinstrahlung direkt verdampfte und anschließend durch den Teilchenwind, der von unserem Zentralgestirn ausgeht, ins All geweht wurde.

Der blaue Planet

In der äußeren Region des Sonnensystems flogen hingegen Brocken herum, die Wassereis enthielten. Die Grenze zwischen den beiden Regionen wird manchmal salopp „Schneegrenze“ genannt. Die meisten Wissenschaftler vermuten, dass sie sich damals jenseits der Marsumlaufbahn befand. Die Erde befand sich in ihrer Frühzeit also vermutlich im wasserfreien Bereich des Sonnensystems, sodass das Wasser nicht schon bei der Bildung unseres Planeten vorhanden gewesen sein kann.

Die Schneegrenze ist einer der Gründe, warum Wissenschaftler meist eine andere Hypothese vorziehen, um die Herkunft des Wassers zu erklären: Demnach stammt das Wasser von Kometen oder Asteroiden, die aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems gen Zentrum gelenkt wurden und dann auf die Erde stürzten. Bezogen auf seine Gesamtmasse enthält der Planet heute nur wenig Wasser – ungefähr zwei Prozent. Kometen und Meteoroiden können hingegen zu einem beträchtlichen Anteil aus Wasser bestehen. Es wären also keine gigantischen Einschläge notwendig gewesen, um das heute beobachtete Wasser auf die Erde zu liefern.

Nur: Wo genau kamen diese Kometen oder Meteoroiden her, die das Wasser auf die Erde gebracht haben sollen? Darüber haben Wissenschaftler in den letzten Jahren viel spekuliert. Ein wichtiger Anhaltspunkt bei solchen Spekulationen ist die chemische Analyse des Wassers: Auf der Erde weist das Wasser ein charakteristisches Massenverhältnis zweier Wasserstoffisotope auf, die Protium und Deuterium heißen.

Protium besitzt nur ein Proton im Kern und ist das bei Weitem häufigste Wasserstoffisotop. Im Kern des viel selteneren Deuteriums befindet sich zusätzlich zu dem Proton auch ein Neutron. Fände man eine Region im Sonnensystem, in der Asteroiden oder Kometen mit einem ähnlichen Isotopenverhältnis vorkommen, könnte dort der Ursprung des terrestrischen Wassers zu finden sein.

Jenseits des Marsorbits

In diesem Zusammenhang ist der Asteroid Vesta, der Wasser enthält, ein hochinteressantes Untersuchungsobjekt. Vesta gilt nämlich als der einzige noch erhaltene Planetenvorläufer aus der Frühzeit des Sonnensystems, den Wissenschaftler derzeit kennen. Vesta kreist auf einer Umlaufbahn zwischen Jupiter und Mars um die Sonne. In der Vergangenheit ist der Asteroid oft mit anderen Himmelskörpern zusammengestoßen. Danach sind mehrfach kleine Stücke auf der Erde eingeschlagen.

Der Asteroid Vesta

Bei einer chemischen Analyse solcher Meteoriten zeigte sich, dass sie das gleiche Wasserstoffisotopenverhältnis wie das Wasser auf der Erde haben. Dass der chemische Fingerabdruck identisch ist, deutet darauf hin, dass das Wasser von Vesta und Erde denselben Ursprung besitzt. Es könnte zum Beispiel von wasserhaltigen Asteroiden außerhalb der Marsumlaufbahn stammen, die besonders früh entstanden. Möglicherweise enthielt die Erde schon vor Entstehung des Erdmonds Wasser, was eine spätere „Nachlieferung“ durch Meteoroiden an Erde und Mond allerdings nicht ausschließt.

Doch auch die Kometenhypothese ist noch nicht ganz aus dem Rennen – einfach deshalb, weil sie sich bisher nicht eindeutig widerlegen ließ. Zwar stimmt das Wasserstoffisotopenverhältnis von Kometen meist nicht mit dem terrestrischen Wasser überein, aber für einen Ausschluss der Hypothese genügen die Befunde noch nicht. Woher das terrestrische Wasser nun tatsächlich stammt – das kann vielleicht die akribische Analyse von Asteroiden und Kometen künftig aufklären. Neuerdings lassen sich diese Himmelskörper sogar mit Raumsonden wie Hayabusa und Rosetta ganz direkt erkunden. Aber auch die Untersuchung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems verspricht Hinweise auf die Lösung eines der spannendsten Rätsel der Erde zu liefern.