Mittwoch, 18. Juli 2012

Neues Modell erklärt die Trockenheit des Planeten Erde


Ein Vergleich des bisherigen Standardmodells der Akkretionsscheibe um die junge Sonne (l.) mit dem neuen Modell (r.), das die Wasserarmut der Erde erklärt (Illu.). (HIER finden Sie eine vergrößerte Darstellung.) | Copyright: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Baltimore (USA) - Trotz ausgedehnter Ozeane, Flüsse und gewaltiger Gletscher und Eisflächen an den Polen sind nur knapp ein Prozent der Masse unseres Planeten in Form von Wasser gebunden (...wir berichteten). Selbst diese Wassermassen sind wahrscheinlich nicht ursprünglicher Teil unseres Planeten sondern kamen wahrscheinlich mit Kometen und Asteroiden bzw. Meteoriden auf die Erde. Lange Zeit rätselten Wissenschaftler über die Wasserknappheit der Erde, die aufgrund bisheriger Modelle eigentlich eine regelrechte Wasserwelt sein müsste. Ein neues Modell könnte nun die "trockene Erde" erklären.

Laut dem Standardmodell entstand das Sonnensystem aus einer Scheibe aus Gas und Staub, die sich vor Jahrmilliarden um die noch junge Sonne drehte - die sogenannte protoplanetare Scheibe. Die Erde, so die bisherige Vorstellung, habe sich dann innerhalb jener Region dieser Schiebe gebildet, innerhalb der aufgrund niedriger Temperaturen Eis aus den Gasen kondensieren konnten - die Erde müsste also ein sehr wasserreicher Planet sein.

Eine neue Analyse dieses Akkretionsscheiben-Modells der Entstehung der Planeten innerhalb der protoplanetaren Scheibe um die Sonne durch Forscher um Rebecca Martin und Mario Livio "Space Telescope Science Institute" kommt nun aber zu dem Schluss, dass sich die Felsplaneten in einer heißeren und trockeneren Region der Scheibe, innerhalb der sogenannten "Schneelinie" gebildet haben.

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Heute befindet sich diese "Schneelinie" inmitten des Asteroidengürtels - einem Gürtel aus Felstrümmern zwischen Mars und Jupiter. Jenseits dieser Region ist das Sonnenlicht zu schwach, um Eis in den Resten der protoplanetaren Scheibe zu schmelzen. Frühere Akkretionsscheiben-Modelle gingen davon aus, dass sich die "snow line" während der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren noch deutlich näher in Richtung Sonne befand.

"Im Gegensatz zum Stadard-Akkretionsscheiben-Modell, bewegte sich die Schneelinie in unserem Modell nie näher in Richtung Sonne als die heutige Umlaufbahn der Erde", erläutert Livio. "Stattdessen blieb sie deutlich weiter von der Sonne entfernt als die Erdumlaufbahn und erklärt damit, weshalb unsere Erde ein so trockener Planet ist. Tatsächlich sagt unser Modell auch voraus dass auch die anderen inneren Planeten, Merkur, Venus und Mars ähnlich trocken sind."

Im konventionellen Modell ist die protoplanetare Scheibe vollständig ionisiert, das heißt, dass die Elektronen ihrer Atome von der Strahlung der jungen Sonne fortgerissen wurden) und lenkte so Material in unsere Sonne, was wiederum die Scheibe selbst erwärmte. Die Schneelinie dieses Modells befindet sich demnach mindestens 1,6 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Als die Scheibe nach und nach immer mehr an Material verlor und dabei abkühlte, bewegte sich - noch bevor die Erde entstand - auch die Schneelinie in Richtung Sonne und schließlich in die Region innerhalb der Erdumlaufbahn.

"Sollte sich die Schneelinie innerhalb der Umlaufbahn der Erde befunden haben als die Erde entstand, so wäre sie ein Eisplanet gewesen", erläutert Martin. Tatsächlich bestehen Planeten wie Uranus und Neptun, die sich außerhalb dieser Schneelinie bildeten, aus einem Wasseranteil im zweistelligen Prozentbereich.

Im Modell von Martin und Livio sind protoplanetare Scheiben um junge Sterne jedoch nicht vollständig ionisiert. "Es handelt sich nicht um Standard-Scheiben, da angesichts junger Sterne noch nicht genügend Hitze und Strahlung existiert, um die Scheibe gänzlich zu ionisieren."

Wenn aber die Scheibe nicht vollständig ionisiert ist, existieren auch nicht jene Mechanismen, die einen Materiefluss in Richtung des Sterns erzeugen und so die "Schneelinie" nach innen wandern lassen. Stattdessen erzeugt das stockende Gas und der Staub innerhalb der Scheibe eine sogenannte "Todeszone", die sich für gewöhnlich etwa 0,1 Astronomische Einheiten (AE = Abstand Sonne - Erde) um den Stern ausbreitet. Eine solche Zone wirkt dann wie ein Pfropfen, der einen Materiefluss in Richtung des Sterns verhindert. Das Material sammelt sich stattdessen innerhalb der "Todeszone" an und erhöht damit ihre Dichte.

Diese verdichtete Materie beginnt sich dann durch die Kompression der wirkenden Gravitation aufzuheizen, was wiederum die Regionen außerhalb dieses Pfropfens aufheizt und dort gefrorenes und eisiges Materialien verdampfen und zu trockener Materie werden lässt. "Die Erde", so die Forscher, "bildete sich in dieser heißeren Region, die sich bis auf mehre AE um die Sonne herum ausdehnte und demnach aus trockenem Material."

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