Die Analyse von antikem Weltraumstaub könnte das Rätsel um den Ursprung des Wassers auf der Erde lösen. In einem kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur Astronomie, beschreibt ein Team von Forschern aus Großbritannien, Australien und Amerika, wie eine neue Analyse eines alten Asteroiden darauf hindeutet, dass außerirdische Staubkörner Wasser zur Erde transportierten, als sich der Planet bildete.
Das Wasser in den Körnern wurde durch Weltraumverwitterung erzeugt, ein Prozess, bei dem geladene Teilchen der Sonne, bekannt als Sonnenwind, die chemische Zusammensetzung der Körner veränderten, um Wassermoleküle zu erzeugen.
Der Fund könnte die seit langem gestellte Frage beantworten, woher die ungewöhnlich wasserreiche Erde die Ozeane hat, die 70 Prozent ihrer Oberfläche bedecken – weit mehr als jeder andere Gesteinsplanet in unserem Sonnensystem. Es könnte auch zukünftigen Weltraummissionen helfen, Wasserquellen auf luftlosen Welten zu finden.
Planetenforscher rätseln seit Jahrzehnten über den Ursprung der Ozeane der Erde. Eine Theorie besagt, dass eine Art von wasserführendem Weltraumgestein, bekannt als Asteroiden vom Typ C, in den letzten Stadien seiner Entstehung vor 4.6 Milliarden Jahren Wasser auf den Planeten gebracht haben könnte.
Um diese Theorie zu testen, haben Wissenschaftler zuvor den isotopischen „Fingerabdruck“ von Brocken von C-Asteroiden analysiert, die als wasserreiche kohlenstoffhaltige Chondrit-Meteoriten auf die Erde gefallen sind. Wenn das Verhältnis von Wasserstoff und Deuterium im Meteoritenwasser dem des terrestrischen Wassers entsprach, könnten Wissenschaftler schlussfolgern, dass Meteoriten vom C-Typ die wahrscheinliche Quelle waren.
Die Ergebnisse waren nicht ganz so eindeutig. Während die Deuterium-/Wasserstoff-Fingerabdrücke einiger wasserreicher Meteoriten tatsächlich mit dem Wasser der Erde übereinstimmten, stimmten viele nicht. Im Durchschnitt stimmten die flüssigen Fingerabdrücke dieser Meteoriten nicht mit dem Wasser überein, das im Erdmantel und in den Ozeanen gefunden wurde. Stattdessen hat die Erde einen anderen, etwas helleren isotopischen Fingerabdruck.
Mit anderen Worten, während ein Teil des Wassers der Erde von Meteoriten des Typs C stammen muss, muss die sich bildende Erde Wasser von mindestens einer weiteren isotopenlichten Quelle erhalten haben, die irgendwo anders im Sonnensystem entstand.
Das Universität von Glasgow-geführtes Team verwendete einen hochmodernen analytischen Prozess namens Atom Sondentomographie, um Proben von einer anderen Art von Weltraumgestein zu untersuchen, das als Asteroid vom Typ S bekannt ist und näher an der Sonne kreist als C-Typen. Die analysierten Proben stammten von einem Asteroiden namens Itokawa, der von der japanischen Raumsonde Hayabusa gesammelt und 2010 zur Erde zurückgebracht wurde.
Die Atomsondentomographie ermöglichte es dem Team, die atomare Struktur der Körner Atom für Atom zu messen und einzelne Wassermoleküle zu erkennen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass durch Weltraumverwitterung direkt unter der Oberfläche von staubgroßen Körnern aus Itokawa eine erhebliche Menge Wasser produziert wurde.
Das frühe Sonnensystem war ein sehr staubiger Ort, der viele Gelegenheiten bot, Wasser unter der Oberfläche von Weltraumstaubpartikeln zu produzieren. Dieser wasserreiche Staub, vermuten die Forscher, wäre zusammen mit Asteroiden vom Typ C als Teil der Lieferung der Ozeane der Erde auf die frühe Erde geregnet.
Dr. Luke Daly von der School of Geographical and Earth Sciences der University of Glasgow ist der Hauptautor der Veröffentlichung. Dr. Daly sagte: „Die Sonnenwinde sind Ströme von hauptsächlich Wasserstoff- und Heliumionen, die ständig von der Sonne in den Weltraum strömen. Wenn diese Wasserstoffionen auf eine luftleere Oberfläche wie ein Asteroid oder ein Staubpartikel im Weltraum treffen, dringen sie einige zehn Nanometer unter die Oberfläche ein, wo sie die chemische Zusammensetzung des Gesteins beeinflussen können. Im Laufe der Zeit kann der „Weltraumverwitterungseffekt“ der Wasserstoffionen genügend Sauerstoffatome aus Materialien im Gestein freisetzen, um H2O – Wasser – zu erzeugen, das in Mineralien auf dem Asteroiden eingeschlossen ist.
„Entscheidend ist, dass dieses vom Sonnenwind abgeleitete Wasser, das vom frühen Sonnensystem produziert wird, isotopisch leicht ist. Das deutet stark darauf hin, dass feinkörniger Staub, der vom Sonnenwind aufgewirbelt und vor Milliarden von Jahren in die sich bildende Erde gezogen wurde, die Quelle des fehlenden Wasserreservoirs des Planeten sein könnte.“
Prof. Phil Bland, John Curtin Distinguished Professor an der School of Earth and Planetary Sciences der Curtin University und Co-Autor der Veröffentlichung, sagte: „Die Atomsondentomographie ermöglicht uns einen unglaublich detaillierten Blick in die ersten etwa 50 Nanometer der Oberfläche von Staubkörnern auf Itokawa, die die Sonne in 18-Monats-Zyklen umkreist. Es erlaubte uns zu sehen, dass dieses Fragment des weltraumverwitterten Randes genug Wasser enthielt, das, wenn wir es vergrößern würden, etwa 20 Liter pro Kubikmeter Gestein ausmachen würde.“
Co-Autorin Prof. Michelle Thompson vom Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences der Purdue University fügte hinzu: „Diese Art von Messung wäre ohne diese bemerkenswerte Technologie einfach nicht möglich gewesen. Es gibt uns einen außergewöhnlichen Einblick, wie winzige Staubpartikel, die im Weltraum schweben, uns helfen könnten, die Bücher über die Isotopenzusammensetzung des Wassers der Erde auszugleichen und uns neue Hinweise zu geben, um das Geheimnis seiner Entstehung zu lösen.“
Die Forscher achteten sehr darauf, dass die Ergebnisse ihrer Tests korrekt waren, und führten zusätzliche Experimente mit anderen Quellen durch, um ihre Ergebnisse zu überprüfen.
Dr. Daly fügte hinzu: „Das Atomsonden-Tomographiesystem an der Curtin University ist Weltklasse, aber es war nie wirklich für die Art von Wasserstoffanalyse verwendet worden, die wir hier durchführen. Wir wollten sicher sein, dass die Ergebnisse, die wir sehen, korrekt sind. Ich präsentierte unsere vorläufigen Ergebnisse auf der Lunar and Planetary Science-Konferenz im Jahr 2018 und fragte, ob anwesende Kollegen uns helfen würden, unsere Ergebnisse mit eigenen Proben zu validieren. Zu unserer Freude haben die Kollegen der Geheimnis der Ursprünge des Wassers der Erde: Sonne ist eine überraschend wahrscheinliche Quelle.
Referenz: „Beiträge des Sonnenwinds zu den Ozeanen der Erde“ von Luke Daly, Martin R. Lee, Lydia J. Hallis, Hope A. Ishii, John P. Bradley, Phillip. A. Bland, David W. Saxey, Denis Fougerouse, William DA Rickard, Lucy V. Forman, Nicholas E. Timms, Fred Jourdan, Steven M. Reddy, Tobias Salge, Zakaria Quadir, Evangelos Christou, Morgan A. Cox, Jeffrey A Aguiar, Khalid Hattar, Anthony Monterrosa, Lindsay P. Keller, Roy Christoffersen, Catherine A. Dukes, Mark J. Loeffler und Michelle S. Thompson, 29. November 2021, Natur Astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-021--01487-w
Forscher der University of Glasgow, der Curtin University, der University of Sydney, der Die Forschung wurde durch Mittel des Science and Technologies Funding Council, Teil des UKRI, unterstützt; Schottische Allianz für Geowissenschaften; Umwelt und Gesellschaft (SAGES); Seed Grant der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE); Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA); Stiftungsfonds für Wissenschaft und Industrie (Stiftungsfonds für Wissenschaft und Industrie); Australian Research Council Discovery Early Career Researcher Award (ARC DECRA) DE190101307; LIEF-Programm des Australian Research Council (ARC LE130100053); DOE | LRD | Idaho National Laboratory (Idaho National Lab) DOE | Nationale Behörde für nukleare Sicherheit (NNSA)
