Wissenschaftler haben eine umstrittene Theorie darüber, wie und wie schnell sich die Erde gebildet hat

In einer neuen Studie, die diese Woche in Nature veröffentlicht wurde, geben Forscher an, dass die Erde innerhalb von nur 3 Millionen Jahren entstanden ist. Das ist deutlich schneller als frühere Schätzungen, die die Zeitspanne auf bis zu 100 Millionen Jahre geschätzt haben.

Millionen von Jahren scheinen für den Menschen vielleicht nicht schnell zu sein, aber im astronomischen Maßstab ist es unglaublich schnell. In den 4,6 Milliarden Jahren der Existenz unseres Sonnensystems sind 3 Millionen Jahre wie ein Wimpernschlag. Das entspricht weniger als einer Minute an einem 24-Stunden-Tag. (Wenn sich die Erde im Laufe von mehreren zehn Millionen Jahren gebildet hätte, entspräche das 5 bis 15 Minuten pro Tag.)

„Planeten können innerhalb weniger Millionen Jahre von ihren Anfängen auf die Größe von Erde und Mars heranwachsen, was im Vergleich zu den Hunderten von Millionen Jahren, die bisher angenommen wurden, wirklich sehr, sehr schnell ist“, sagte Isaac Onyett, Hauptautor der Studie und Ph.D. Kandidat an der Universität Kopenhagen. „Wir können auch vorhersagen, dass, wenn andere Planeten … durch denselben Mechanismus entstehen würden, die für das Leben erforderlichen Bestandteile wie Wasser auf anderen Planeten und anderen Systemen vorhanden sein sollten, sodass die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass wir anderswo in der Galaxie Wasserwelten haben.“ .“

Die Autoren behaupten, dass diese schnelle Entstehung durch eine Theorie namens Kieselstein-Akkretion erfolgte. Laut Co-Autor und Kosmochemiker Martin Bizzarro besteht die allgemeine Idee darin, dass Planeten in einer Scheibe aus Staub und Gas entstehen. Wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, ziehen sie diese Kieselsteine ​​schnell an wie ein Staubsauger. Einige dieser Kieselsteine ​​sind eisig und könnten die Erde mit Wasser versorgen, man spricht von Kieselschnee. Dies hätte zu einer frühen Version unseres Planeten geführt, der sogenannten Proto-Erde, die etwa halb so groß ist wie unser heutiger Planet. (Unsere heutige Version der Erde entstand wahrscheinlich nach einem größeren Einschlag etwa 100 Millionen Jahre später, der auch zur Entstehung unseres Mondes führte.)

Diese Kieselstein-Akkretionstheorie für die Entstehung der Erde ist jedoch umstritten.

Wissenschaftler sind sich einig, dass diese Theorie die Entstehung von Gasriesen in unserem Sonnensystem wie Jupiter und Saturn erklärt – die Anhäufung von Kieselsteinen ist für einen Riesenplaneten die einzige Möglichkeit, schnell genug zu wachsen, bevor sich seine Planetenscheibe auflöst. Für ihre terrestrischen Gegenstücke ist dies jedoch umstritten. Andere haben auf die Frage hingewiesen, woher die Kieselsteine ​​rund um den Erdplaneten kommen oder warum die Planeten nicht größer sind.

Eine eher traditionell akzeptierte Theorie besagt, dass terrestrische Planeten wie die Erde durch eine Folge von Kollisionen von Asteroiden entstanden sind, die immer größer wurden, sagte Onyett. Dieser Prozess würde bedeuten, dass die Entstehung der Erde etwa 100 Millionen Jahre oder länger dauern würde. Bei diesem Mechanismus könnte das Vorkommen von Wasser auf der Erde ein glücklicher Zufall gewesen sein, möglicherweise durch einen Asteroiden oder einen Kometen.

Co-Autor Martin Schiller sagte, er und seine Kollegen wollen, dass andere über die Entstehung terrestrischer Planeten nachdenken. „Ja natürlich, Kieselsteine ​​gibt es überall. Natürlich werden auch terrestrische Planeten durch die Ansammlung von Kieselsteinen wachsen“, sagte Schiller, ebenfalls Kosmochemiker an der Universität Kopenhagen.

Bizzarro fügte hinzu, dass diese Studie „den stärksten Beweis“ dafür liefere, dass terrestrische Planeten durch die Akkretion von Kieselsteinen entstanden seien.

Das Team bestimmte die Zeitskala der Erdentstehung, indem es Siliziumisotope von mehr als 60 Meteoriten und Planetenkörpern in der Nähe der Erde untersuchte, die den nach der Planetenentstehung übriggebliebenen Schutt darstellen. Silizium ist ein Hauptelement in Gesteinen und ein lebenswichtiger Baustein eines Planeten, ähnlich wie Kohlenstoff für das Leben. Da es im Universum so häufig vorkommt, wird es leicht und häufig hergestellt und kann als guter Indikator für Planetenformationen dienen.

Durch die Analyse der Siliziumzusammensetzungen in Proben unterschiedlichen Alters könnten sie laut Onyett eine zeitliche Abfolge dessen zusammenstellen, was in der Staubscheibe vor der Entstehung der Erde geschah. Sie fanden heraus, dass sich die Zusammensetzung der Asteroiden mit zunehmendem Alter der Proben in Richtung der Zusammensetzung des kosmischen Staubs änderte, der auf der Erde angesammelt wurde.

„Das ist ein sehr starker Beweis dafür, dass dieser Staub auch mitgerissen wurde, als er nach innen in Richtung Sonne driftete“, sagte Onyett. „Es wäre von der Erde mitgerissen worden, als es durch Akkretion wuchs.“

Birger Schmitz, ein Astrogeologe an der Universität Lund, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagte, diese Ergebnisse seien „sehr überzeugend“ und könnten unsere Einstellung zur Entstehung unseres Planeten verändern.

„Wenn diese Interpretationen zutreffen (was meiner Meinung nach der Fall sein wird), stellt dies einen großen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der Erdentstehung dar“, schrieb Schmitz, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Chicago Field Museum, in einer E-Mail. „Paradigmenwechsel sind immer große Überraschungen … wie falsch haben wir uns doch so lange geirrt!“

Am wichtigsten sei, sagte er, die Ergebnisse zeigten, dass unser wasserführender Planet nichts Besonderes sei. „Es ist nur ein ganz gewöhnlicher Planet in unserer Galaxie. Dies ist wichtig für unsere Versuche zu verstehen, wie häufig höhere Lebensformen im Universum vorkommen.“

Der Isotopen-Kosmochemiker Francois Tissot, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die neue Forschung zeige eine faszinierende Analyse der Isotopenzusammensetzung von Silizium in so vielen Planetenmaterialien. Er ist sich jedoch nicht sicher, ob die Anhäufung von Kieselsteinen die einfachste Erklärung für die Trends in den Siliziumdaten ist. Er sagte, dass eine zusätzliche Analyse erforderlich sei, wie die neuen Si-Isotopendaten in andere Modelle passen – oder nicht – passen.

Nichtsdestotrotz „sind dies aufregende Ergebnisse, die unserem Verständnis der Erdentstehung entscheidende neue Grenzen setzen werden“, sagte Tissot vom California Institute of Technology. „Es ist eine aufregende Zeit für die Community und ein unbestreitbarer Schritt nach vorne.“