Isotopentrennung im Sonnensystem

Alle Objekte in unserem Sonnensystem bestehen aus Material früherer Sternen­generationen. Wissenschaftler aus Münster, Chicago und Livermore (USA) haben nun mittels hochpräziser Isotopen-Messungen herausgefunden, dass die Erde mehr Material von roten Riesen­sternen enthält als die primitiven Meteoriten (Chondrite) aus dem Asteroiden­gürtel zwischen Mars und Jupiter. Diese Meteoriten sind seit ihrer Entstehung zu Beginn des Sonnen­systems vor mehr als viereinhalb Milliarden Jahren bis heute unverändert geblieben und gelten als die Urbau­steine der Erde. Die Analyse ihres Gesteins ermöglicht daher Rückschlüsse auf die Zusammen­setzung des Erd­inneren und die geologische Entwicklung der Erde. Wie die neuen Ergebnisse zeigen, sind chondritische Meteorite nicht – wie bisher angenommen – repräsentativ für die isotopische Zusammensetzung der Erde.

Christoph Burkhardt vom Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) sagt: „Die Studie zeigt, dass die Staub- und Gasscheibe, aus der die Planeten und Meteoriten-Mutterkörper entstanden, nicht überall die gleiche Zusammensetzung hatte." Die Beobachtungen sollen helfen, besser zu verstehen, wie Materie im frühen Sonnensystem transportiert und vermischt wurde, und erlauben Rückschlüsse auf die Entstehungs­geschichte planetarer Körper und die Verwandtschafts­beziehungen zwischen ihnen. „Unsere Arbeit hat weitreichende Folgen für unser Verständnis der Entstehung, Zusammen­setzung und geologischen Entwicklung der Erde", sagt Christoph Burkhardt.

Dies zeigt sich vor allem bei der Interpretation eines kleinen Unterschieds in der isotopischen Zusammensetzung des Elements Neodym in Gesteinen der Erde und in chondritischen Meteoriten. Basierend auf der Grundannahme, dass die isotopische Zusammensetzung der Erde und Chondriten identisch ist, wird der Unterschied nach geltender Lehrmeinung durch den radioaktiven Zerfall von Samarium-146 zu Neodym-142 erklärt. Samarium und Neodym müssten sich somit zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Entwicklungs­geschichte der Erde – noch vor Entstehung des Mondes – durch Aufschmelzen des Erdmantels ungleich verteilt haben.

Der mit Neodym angereicherte Teil, eine Art frühe Erdkruste, ist dann entweder seit seiner Entstehung in der Erde „versteckt” oder wurde durch Meteoriten­einschläge ins Weltall geschleudert. Die neue Studie zeigt nun, dass der isotopische Unterschied nicht auf radioaktiven Zerfall und frühe Schmelz­prozesse im Erdmantel zurückzuführen ist, sondern nur auf den unterschiedlichen Anteil von Material roter Riesensterne bei Erde und chondritischen Meteoriten. „Damit werfen wir die in den letzten zehn Jahren aufgekommenen Erd­entstehungs- und Entwicklungs­modelle mitsamt ihren 'versteckten' Reservoiren über den Haufen", unterstreicht Christoph Burkhardt.

WWU Münster / DE