Wie ist die Erde entstanden?
So konnte sich aus Gas und Staub ein Sonnensystem formen.
Veröffentlicht am 7. April 2014 - 08:56 Uhr
Der Krebsnebel ist das Überbleibsel einer Supernova, die als erste auf der Erde wahrgenommen wurde – im Jahr 1054.
Alles begann mit einem gigantischen Knall. Irgendwo in unserer Galaxie explodierte ein Stern und schleuderte riesige Mengen von Gas und Staub ins All. Diese Supernova, wie diese Art von Explosion genannt wird, ereignete sich vor etwa fünf Milliarden Jahren. Die entstandenen Trümmer rasten in eine nahe gelegene Gaswolke. So wurden die Bestandteile zusammengeführt, die einmal unser Sonnensystem bilden sollten.
Die Explosion setzte so viel Energie frei, dass die Staubmischung zu kochen begann. Kleine Staubpartikel ballten sich zusammen und formten immer grössere Klumpen, bis die Masse anfing, sich unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenzuziehen.
Schliesslich wurde der zentrale Klumpen so heiss und dicht, dass er begann, durch Kernfusion selbst Energie zu erzeugen. Das war die Geburtsstunde unserer Sonne. Die übrig gebliebene staubige Mischung wirbelte um den Stern und breitete sich scheibenförmig um ihn herum aus.
Nach und nach gewann die Sonne an Grösse, und die Scheibe aus Staub kühlte sich ab. Im Lauf von Millionen von Jahren ballte sich der Staub zusammen und bildete erst Körner, dann Klumpen und Brocken und schliesslich Planetesimale – Gesteinsbrocken, die gross genug waren, um ein eigenes Gravitationsfeld zu besitzen. Aus einigen dieser Planetesimale bildeten sich die embryonalen Formen der Planeten unseres heutigen Sonnensystems.
Langsam siedelten sich diese felsigen Planeten in komfortabler Entfernung zur Sonne an und fanden ihre eigene Umlaufbahn. Die Erde nahm, von der Sonne aus betrachtet, ihre Bahn als dritter Planet ein. In den frühen Jahren waren Zusammenstösse mit Gesteinsbrocken sehr häufig und hinterliessen Krater auf den Oberflächen sämtlicher Planeten.
Man vermutet, dass eine dieser Kollisionen vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren die Erde um ein Haar zerstört hätte und verantwortlich war für die Entstehung unseres Mondes. Ein Planetesimal von der Grösse des Mars streifte mit ungeheurer Wucht die Erde und schleuderte einen Brocken der Erdkruste hinaus ins All. Ein Teil des Planetesimals verschmolz mit der Erde, während der weggesprengte Brocken eine eigene Umlaufbahn um die Erde einnahm und schliesslich zum Mond wurde.
Belege für diese Theorie stammen aus Mondstaubproben. Diese zeigen, dass der Mond aus Gestein besteht, das dem Material sehr ähnlich ist, das in den oberen Schichten des Erdmantels und der Erdkruste zu finden ist.
Eine glückliche Fügung: Die Erde befindet sich im richtigen Abstand von der Sonne, sodass flüssiges Wasser möglich ist.
Der Zusammenstoss, der zur Bildung des Mondes führte, veränderte den Neigungswinkel der Erde zur Sonne von 0 auf 23,5 Grad. Und plötzlich gab es auf der Erde Jahreszeiten: Winter auf der sonnenabgewandten Hemisphäre und Sommer auf der der Sonne zugeneigten Hemisphäre.
Die frühe Erde unterschied sich deutlich von dem Planeten, den wir heute bewohnen. Anfänglich hatte sie weder Kruste noch Erdmantel oder Kern. Stattdessen waren alle Elemente gleichmässig verteilt. Es gab keine Ozeane oder Kontinente und auch keine Atmosphäre. Kollisionen mit Meteoriten, radioaktiver Zerfall und planetare Kompression führten dazu, dass die Erde sich immer stärker erhitzte. Nach einigen hundert Millionen Jahren erreichte sie eine Temperatur von 2000 Grad Celsius – der Schmelzpunkt von Eisen –, und es bildete sich der Erdkern.
Zu diesem Zeitpunkt war der Grossteil der Erde flüssig, und möglicherweise gab es an der Oberfläche einen Ozean aus flüssigem Magma. Nach und nach kühlte sich die Erde ab, und rund um den Kern bildete der Planet auch Mantel und Kruste aus. Diese Schichtung des Planeten trug zur Entstehung der tektonischen Platten an der Oberfläche bei, und die Erde begann schon etwas mehr so auszusehen, wie wir sie heute kennen.
Die meisten Geologen gehen davon aus, dass die Atmosphäre und die Ozeane vor ungefähr vier Milliarden Jahren als Folge unzähliger Vulkanausbrüche entstanden sind. Sie könnten sich aber auch bei der Kollision der Erde mit Kometen und dem dadurch verursachten Austreten von Wasser und Gasen auf der Erdoberfläche gebildet haben.
Wie dem auch sei, die Position der Erde im Sonnensystem ist ein glücklicher Zufall. Merkur und Venus kreisen zu nahe um die Sonne und sind zu heiss; Ozeane würden schlichtweg verdunsten. Der Mars ist zu weit entfernt, sodass jegliche Flüssigkeit gefriert. Nur auf der Erde sind die Bedingungen optimal.
Die frühe Erdatmosphäre enthielt nicht viel Sauerstoff und unterschied sich stark von der heutigen. Dennoch konnte dank Atmosphäre und Ozeanen Leben Fuss fassen. So bildete sich vor etwa vier Milliarden Jahren der erste einzellige Organismus.
Nach und nach veränderten diese einzelligen Algen die Zusammensetzung der Atmosphäre, indem sie sich durch Kohlendioxid und Wasser frassen und als Stoffwechselprodukt Sauerstoff freisetzten. Vor ungefähr 2,5 Milliarden Jahren hatte sich so eine erhebliche Menge von Sauerstoff in der Erdatmosphäre gebildet. Die Voraussetzungen für die Entstehung komplexer Lebensformen waren erfüllt.
Astronomen sind zuversichtlich, dass wir die Bildung unseres Sonnensystems heute richtig verstehen. Das schliessen sie aus der Beobachtung anderer Sonnensysteme, die ähnliche Entwicklungen durchgemacht haben. In ungefähr 50 Lichtjahren Entfernung von uns liegt Beta Pictoris, ein Stern im Zentrum eines Sonnensystems, das noch in den Kinderschuhen steckt. Aufnahmen mittels Hubble-Weltraumteleskop lassen um den Stern herum eine Scheibe aus Staub erkennen, die möglicherweise voller angehender Planetesimale ist. Computersimulationen von Staubwolken wie derjenigen, aus der unser System entstanden sein soll, zeigen, dass die Gravitationskräfte nahezu immer zur Bildung einer flachen Scheibe aus Staub und kreisenden Gesteinsklumpen führen, aus denen sich in der Folge Planeten bilden können.
© «The Guardian»/Übersetzung: tolingo.com