Home

Und jetzt mal was über den Mond. Unser Begleiter ist eigentlich eine ziemlich kleine Angelegenheit: von der Masse her bringt er gerade Mal knapp ein Achzigel der Erdmasse (kein Fehler!) auf die Waage. Zum Vergleich, der Mars liegt bei einem Zehntel der Erdmasse.

Zum Thema Mondentstehung ist gerade ein Paper in Science erschienen, das einige Aufmerksamkeit bekommen hat. Identification of the giant impactor Theia in lunar rocks von Daniel Herwatz et al. Das ganze stammt von einer Kölner/Göttinger/Münsteraner Forschungsgruppe. In der gleiche Ausgabe gab es gleich noch ein weiteres Paper unter Münsteraner Erstautorschaft, Kruijer et al., Protracted core formation and rapid accretion of protoplanets. Siehe da, auch hierzulande wird ordentlich was für die (eher mageren) Forschungsgelder geboten.

Ersteres Paper ist auch eine Gelegenheit, ein wichtiges Konzept der Meteoritenforschung mal kurz zu erläutern: Die Sauerstoffisotope.
Wieso ist Sauerstoff so zentral? Die die Silikate und anderen Oxide, die den Großteil der Gesteine außerhalb eines Planetenkerns (und der primitiven Meteorite sowieso) ausmachen, bestehen zum größten Teil aus Sauerstoff (wirklich).

Dieses Element gibt es in drei Isotopen, also Varianten desselben Elementes, aber mit leicht unterschiedlicher Masse.

Keine Mühen scheuend hier ein kleines Diagramm. Das ganze ist sehr, sehr vereinfacht, ein vollständiges Diagramm wäre ziemlich überfüllt mit den ganzen verschiedenen Meteoritengruppen.

Stark vereinfacht: Sauerstoffisotopie im Sonnensystem.

Stark vereinfacht: Sauerstoffisotopie im Sonnensystem.

Aufgetragen sind die Delta 18O und Delta 17O Werte. Das sind die Isotopenwerte der beiden schweren Sauerstoffisotope – 17O und 18O, jeweils dividiert durch das dritte Isotop, 16O. Da die Werte dann immer noch sehr unhandlich wären, wird das ganze noch in Verhältnis zu einem Standard – hier der Isotopenzusammensetzung von Meerwasser – gesetzt. Das Ergebnis ist in Promille angegeben. Mehr dazu hier und hier (hat auch obiges Diagramm inspiriert).

Tiefergehend (auf deutsch) hier, Kapitel 17.

Man sieht im Wesentlichen zwei Linien: eine mit der Steigung von etwa 1 (wir erinnern uns an Mathe ca. Mittelstufe, Algebra). Alleine diese Steigung kann zu Schlägereien auf Tagungen führen (gut, zumindest verbal). Auf sie fallen die ganzen ursprünglichen, wirklich primitiven Einschlüsse in Chondriten: die Chondrulen und CAI. Als das, was so ganz am Anfang im Sonnensystem herumschwirrte.

Dann eine zweite Gerade, mit der Steigung von etwa 0.5. Auf die terrestrische Fraktionierungslinie fallen alle irdischen Gesteine. Egal welchen Prozess ein Steinklumpen durchmacht – Aufschmelzen, Kristallisation, Druck etc., er wird auf dieser Geraden hoch – oder runterrutschen. Das ergibt sich aus ihren Massenverhältnissen, also massenabhängige Isotopenfraktionierung.

Parallel dazu einige kurze Geraden: die für Mars (basierend auf den Marsmeteoriten) und die für Vesta (basierend auf den HED Meteoriten). Diese sind wohl vor allem deshalb so kurz, weil wir nur wenige Proben von diesen Himmelskörpern haben. Hätten wird Proben von allen möglichen Ecken dieser Körper, würde das wohl eine parallele Gerade zur terrestrischen ergeben. Aber die Geraden fallen nicht direkt aufeinander, weil die Ausgangszusammensetzung der planetaren Körper etwas verschieden war.

Deshalb fallen die meisten Meteorite und extraterrestrischen Materialien also nicht auf die terrestrische Linie, weshalb die Sauerstoffisotope auch sehr gut geeignet sind, Meteorite zu klassifizieren. Sie gilt in etwa als das letzte Wort, wenn man einen Meteoriten einsortieren will.

Die Heterogenität der Meteorite war eigentlich recht überraschend. Vor der Entdeckung 1973 durch Clayton, Grossman und Mayeda ging man von einem gut durchmischen Solaren Urnebel aus. Die Heterogenität eines der dominanten Elemente deutete auf einen komplizierteren Entstehungsprozess der Körper hin – wie die schrittweise Akkretion aus kleineren Körpern.

Und dann halt der Mond, hier schon da, wo er laut dem neuen Paper hingehört. Knapp, aber deutlich über der terrestrischen Linie. Bisher lag er nämlich genau drauf, und das war ein Problem. Denn die gängigen Modelle der Mond-Entstehung gehen davon aus, dass unser Satellit in der Kollision der Ur-Erde mit Theia, einem weiteren Proto-Planeten, entstand. Dieses Ereignis wurde wohl gerade erst etwas vordatiert, ca. 40 Millionen Jahre nach Entstehung des Sonnensystems (von Guillaume Avice und Bernard Marty).

Zudem ergeben solche Modelle, dass der Mond viel Material von Theia beinhalten würde. Aber angesichts der isotopischen Vielfalt beim Sauerstoff, aber auch bei anderen wichtigen Elementen würde man in dem Fall erwarten, dass sich die Isotopenwerte der Mondproben irgendwie von den irdischen Werten unterscheiden würden. Was sei aber (bisher) dummerweise nicht taten. Immerhin konnte man in Modellen den Anteil Theias in der Mischung auf bis zu 8% drücken. Aber auch das war noch zu viel.

Alternativ wurde nach weiteren Möglichkeiten gesucht, um die Ähnlichkeit weg zu erklären, wie z.B. zufällig fast identische Sauerstoffisotopie von den beiden beteiligten Planeten. Aber das war irgendwie nicht befriedigend.

Also schauten sich Herwatz und seine Kollegen die Sauerstoffisotopie nochmal genauer an. zum einen wurden die existierenden Daten noch einmal durchgegangen, und neue Isotopendaten mittels sehr präziser Analysemethoden produziert. Interessanterweise waren Mondmeteorite von ihrer Aufenthaltszeit auf der Erde dermaßen angerostet, dass nur Apolloproben brauchbar waren.

Das Ergebnis war ein kleiner, aber messbarer Unterschied zwischen Mond und Erde. Weiter wurde versucht, die Zusammensetzung von Theia einzugrenzen. Das ist natürlich schon schwieriger, Kandidat sind die Enstatit-Chondrite. Eine Alternative wäre, dass sich die Isotopenzusammensetzung der Erde nach der Kollision verändert hat(Late Veneer), z.B. durch Material ähnlich den kohligen Chondriten.

Allerdings gab es diese Woche eine weitere Studie von Mukhopadhyay et al.(auch auf der Goldschmidt-Tagung präsentiert): Chemical heterogeneities survive giant impacts and mantle convection. Laut dieserbringt selbst eine Kollision vom Ausmaß der Theia/Ur-Erde Angelegenheit die beteiligten Körper nicht vollständig zum Schmelzen oder gar Verdampfen. Die Energie konzentriert sich auf die betroffene Hemisphäre, es kann also noch viel Material intakt bleiben. Folglich werden die Isotope beider Körper gar nicht vollständig durchgemixt, was dann natürlich die Massenbillanz bei der Rechnung beeinflussen könnte. Wie so oft, alles vielleicht komplizierter als es den Anschein hat.

9 Kommentare zu “Von Isotopen, Kollisionen und Mondgestein

  1. Pingback: Mehr Früchte meiner Arbeit: Von kollidierenden Jungplaneten | EXO- PLANETAR

  2. Pingback: Von fossilen Meteoriten | EXO- PLANETAR

  3. Pingback: Stardust: Staubbrösel aus der Unendlichkeit | EXO- PLANETAR

  4. Pingback: Die beliebtesten Paper in der Planetologie: Presseschau Oktober 2014 | EXO- PLANETAR

  5. Pingback: ALMA hat den Durchblick: Es passt mal wieder alles zusammen | EXO- PLANETAR

  6. Pingback: Philae: Erste Ergebnisse | EXO- PLANETAR

  7. Pingback: Die beliebtesten Paper in der Planetologie: Presseschau November | EXO- PLANETAR

  8. Pingback: Rosetta: ROSINA als erstes im Ziel | EXO- PLANETAR

  9. Pingback: Vorschau 46th Lunar and Planetary Science Conference 2015: Heute sind wir sind alle Iren | EXO- PLANETAR

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s