Gestein von Erde und Mond durchmischt

Erde und Mond wurden bei der Entstehung des Erdtrabanten vermischt. Das zeigt eine neue Untersuchung des von den Astronauten der Apollo-Missionen zur Erde gebrachten Mondgesteins: Ein Forscherteam findet keinen messbaren Unterschied im Verhältnis von Sauerstoff-Isotopen zwischen Mondgestein und irdischem Gestein. Das sei ungewöhnlich, da diese Isotopen-Verhältnisse im Sonnensystem ansonsten von der Größe eines Himmelskörpers abhängen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Unsere Ergebnisse favorisieren eine starke Durchmischung infolge der Kollision“, schreiben Edward Young von der University of California in Los Angeles und seine Kollegen. „Es muss sich daher um einen Einschlag mit hoher Energie gehandelt haben.“ Es gilt heute als gesichert, dass der Mond in der Frühgeschichte des Sonnensystems durch die Kollision der Ur-Erde mit einem Theia genannten marsgroßen Protoplaneten entstanden ist. Unklar ist bislang, wie dieser Zusammenprall genau ablief – und wie sehr sich dabei die Materie der beiden Körper durchmischt hat.

Hinweise über die Durchmischung erhalten die Forscher aus der chemischen Zusammensetzung des Gesteins. Besonders wertvoll dabei: das Verhältnis der Isotope Sauerstoff-16 und -17. Isotope sind chemisch identische Stoffe mit unterschiedlichem Atomgewicht – Sauerstoff-17 enthält im Atomkern ein Neutron mehr als Sauerstoff-16. Das Verhältnis dieser Isotope hängt im Sonnensystem von Größe eines Himmelskörpers ab, sollte also auch bei Theia und Ur-Erde unterschiedlich gewesen sein. Während erste Untersuchungen von Mondproben der Apollo-Missionen bei den Sauerstoff-Isotopen keine Unterschiede zu irdischem Gestein fanden, zeigte die bislang genaueste Messung 2014 signifikante Unterschiede im Bereich von 12 ppm.

Young und sein Team verwenden nun ein noch genaueres Verfahren und beschränken sich zudem auf wasserarmes Gestein, dass weniger durch später einfallende Meteoriten verändert worden sein kann. Die Unterschiede bei den Sauerstoff-Isotopen sind, so das Ergebnis kleiner als die Messgenauigkeit von 5 ppm. Somit müsse also doch eine starke Durchmischung stattgefunden haben, folgern die Forscher. Da ein späterer Zustrom von meteoritischem Material das Isotopenverhältnis auf Mond und Erde unterschiedlich beeinflusst hätte, beschränkt dieses Ergebnis auch die Massenzunahme unseres Planeten nach der Entstehung des Mondes. Dies bedeute auch, so Young und seine Kollegen, dass danach keine große Menge an Wasser mehr aus dem Weltall zur Erde gekommen sein kann – das Wasser müsse also bereits auf Ur-Erde und Theia vorhanden gewesen sein.