Die Abspaltung des Mondes von der Erde war ein Inside-Job

Vor rund 4,5 Milliarden Jahren kollidierte die noch junge Erde mit einem großen Objekt namens Theia. Das Ergebnis dessen war die Entstehung des Mondes. Neue Forschungen zeigen nun, woher Theia gekommen ist.

Theia-Reste in Gesteinsproben

Aus dieser kosmischen Kollision ging nicht nur der Mond hervor. Auch Größe, Zusammensetzung und Umlaufbahn der Erde wurden dauerhaft von dem Ereignis geprägt. Doch wie genau dieser Einschlag verlief, woraus Theia bestand und woher das Objekt genau kam, blieb bislang weitgehend rätselhaft.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und der University of Chicago ist dieser Frage nun nähergekommen. In der Fachzeitschrift Science präsentieren die Wissenschaftler eine Analyse, die anhand von Isotopensignaturen Rückschlüsse auf die "Zutatenliste" des verschwundenen Protoplaneten erlaubt. Denn obwohl Theia durch die Kollision vollständig zerstört wurde, lebt seine chemische Spur gewissermaßen in Gesteinen von Erde und Mond fort.


Die Forschenden maßen mit bisher unerreichter Genauigkeit das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in 15 irdischen Gesteinsproben und sechs Mondstücken, die während der Apollo-Missionen gesammelt wurden. Das Ergebnis bestätigte frühere Untersuchungen: Erde und Mond sind isotopisch nahezu identisch. Doch gerade diese Ähnlichkeit erschwert die Interpretation, da viele denkbare Kollisionsszenarien dieselbe Signatur ergeben könnten - vom Mond als weitgehend aus Theia-Material entstanden bis hin zu einer vollständigen Durchmischung beider Körper.

Elementen auf der Spur

Um dennoch Hinweise auf Theias Natur zu gewinnen, setzten die Forschenden auf eine Art "planetare Rückwärtskonstruktion". Sie kombinierten Daten zu Eisen, Chrom, Molybdän und Zirkonium, also Elementen, die unterschiedliche Phasen der Planetenbildung widerspiegeln, und simulierten, welche Zusammensetzungen von Theia und der frühen Erde zu den heute beobachteten Isotopenmustern führen könnten. Dabei spielte auch eine Rolle, dass bestimmte Elemente im Verlauf der Erdentstehung bevorzugt ins Eisenkerninnere wanderten und im Mantel fehlen. Eisen, das heute im Erdmantel liegt, muss daher überwiegend aus späteren Einschlägen stammen, wie beispielsweise von Theia.

Die Berechnungen sprechen dafür, dass sowohl die frühe Erde als auch Theia überwiegend aus Material des inneren Sonnensystems aufgebaut waren. "Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass beide Körper direkte Nachbarn waren", sagt Timo Hopp, Hauptautor der Studie. Während auf der heutigen Erde viel Material enthalten ist, das von weit außen im Sonnensystem kommt, finden sich solche Spuren in den Theia-Überresten nicht. Das ist ein Hinweis darauf, dass Theia aus einer Region stammte, die der Sonne näher war als unsere heutige Erdumlaufbahn.


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