Bei der Entstehung des Sonnensystems ballte sich das Gros der Materie einer riesigen Molekülwolke zur Sonne zusammen, aus dem Rest bildeten sich Planeten, Asteroiden und Kometen. Unklar ist, wie sich die chemischen Elemente im solaren Urnebel verteilten. Im Fachblatt «Nature» berichten Forscher nun, dass die frühe Erde flüchtige Elemente festgehalten hat.

Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der ETH Zürich hat mit Hilfe einer neuen Analysemethode sogenannte Chondrite untersucht. Dabei handelt es sich um Meteoriten, die seit ihrer Entstehung in der Frühzeit des Sonnensystems vor rund 4,5Milliarden Jahren weitgehend unverändert erhalten geblieben sind.

«Die Mischung des urpsrünglichen Sonnensystems»
«Sie sind das einzige Fenster in die Anfänge der Erdgeschichte, die wir haben: Sie beinhalten die Mischung des ursprünglichen Sonnensystems», erklärt Bastian Joachim vom Institut für Mineralogie und Petrographie der österreichischen Universität Innsbruck in einer Mitteilung.

Gemeinsam mit Kollegen der ETH Zürich sowie der britischen Universitäten von Manchester und Oxford hat er sogenannte Halogene in den Meteoriten untersucht. Die Messung dieser leicht flüchtigen Elemente wie Chlor, Jod oder Brom ist nicht trivial, denn sie kommen in den Meteoriten nur in extrem geringen Mengen vor.

«Wir reden von zwei bis vier Atomen pro einer Million Atome», erklärt Joachim. Bisherige Analysemethoden stiessen hier an ihre Grenzen. Mit Hilfe einer an der Universität Manchester entwickelten neuen Messmethode konnten die Forscher die Konzentrationen von Chlor, Brom und Jod in Meteoriten in bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen.

Bisherige Theorie widerlegt
Bisher ging man davon aus, dass die Erde ursprünglich viel zu heiss war, um Halogene halten zu können. Denn diese Elemente verflüchtigen sich rasch bei hohen Temperaturen und man nahm an, dass sie erst später durch massive Meteoriten-Einschläge auf die bereits kühlere Erde gelangten.

Die neuen Analysen zeigten aber, dass Chlor, Jod und Brom in den Chondriten in viel niedrigerer Konzentration vorkommen als in derzeit gültigen Theorien über die ursprüngliche Verteilung dieser Elemente im Sonnensystem angenommen wird. Meteoriten können damit nicht für die Menge an Halogenen verantwortlich sein, die heute auf der Erde vorhanden ist.

Die Wissenschafter schliessen daraus, dass die Halogene bereits von Beginn der Erdentstehung an vorhanden gewesen sein müssen. Weil das ihren Eigenschaften widerspricht, «muss es also einen Mechanismus geben, mit dem die Erde diese Elemente festgehalten hat, den wir aber noch nicht verstehen», erklärte Joachim. Gesucht wird dahernach schlüssigen Erklärungsmodellen, etwa den Einbau der Halogen ein sehr robuste Minerale.

Erkenntnisse für Vulkanausbrüche
Die Erkenntnisse haben durchaus auch Bedeutung für die heutigen Vorgänge im Inneren der Erde. «Denn Halogene gelten als sehr gute Anzeiger für das Verhalten von leicht flüchtigen Elementen im Allgemeinen», sagte Joachim zur Nachrichtenagentur APA.

Diese flüchtigen Elemente beeinflussen den Grad der Zähflüssigkeit von Gesteinsschmelzen im Erdinneren und damit etwa die Art und Weise von Vulkanausbrüchen sowie in noch viel grösserem Massstab den Verlauf von Massenströmen im Erdmantel.

Diese sogenannte Mantelkonvektion prägt massgeblich die Wanderung der Kontinente und die Bildung von Ozeanen sowie die langfristige Abkühlung der Erde.