Herkunft des Wassers auf der Erde

Diese Seite beruht auf dem Artikel "Als die Meere vom Himmel fielen" von David Jewitt und Edward B. Young, veröffentlich in Spektrum der Wissenschaft 09/2015.

Das Wasser auf der Erde

Wenn man sich einen echten Globus oder den Google Earth-Globus anschaut, sieht man sofort, dass es viel mehr Wasser auf der Erde gibt als Land. In dem Artikel wird dies mit einem eindrucksvollen Beispiel verdeutlicht: Das Wasser aller Ozeane der Erde würde eine Kugel mit einem Durchmesser von 1300 km füllen!

Um so interessanter ist es dann aber, wenn man erfährt, dass die Erde gar nicht so wasserreich ist, wie man glaubt. Das gesamte Wasser macht nur 0,02 Prozent der Erdmasse aus! Das ist eigentlich extrem wenig.

Die Ozeane und das Festland machen ja nur einen ganz kleinen Teil der Erde aus, sie bilden eine sehr dünne Schicht von wenigen Kilometern auf dem 3000 km dicken felsigen Erdmantel. Dieser Erdmantel enthält ebenfalls Wasser, man nimmt an, ungefähr so viel Wasser, wie in den Ozeanen enthalten ist. Allerdings liegt dieses Wasser nicht in flüssiger Form vor, sondern in Form von Hydraten, also Wasser-Molekülen, die in die Kristallstruktur von Mineralien integriert sind.

Im Innern der Erde befindet sich der Eisen-Nickel-Kern. Hier ist kein Wasser mehr enthalten, wohl aber elementarer Wasserstoff.

Auch wenn man die Ozeane und den Erdmantel zusammenrechnet, macht das Wasser nur gerade einmal 0,04 Prozent der Erdmasse aus. Wie die Autoren des Artikels schreiben, ist die Erde "100-mal trockener als alte Knochen".

Die Kometen-Hypothese

Vor 4,47 Milliarden Jahren schlug ein marsgroßer Planet auf der noch jungen Erde ein. Aus den Trümmern, die bei dieser Katastrophe herausgeschleudert wurden, stammt unser Mond.

Nach der Abkühlung der Erde nach dieser Katastrophe schlugen dann - nach dieser Hypothese - zahlreiche wasserhaltige Kometen auf der Erde ein. Die Kometen kamen höchst wahrscheinlich aus dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke.

Lange Zeit ging man also davon aus, dass das Wasser der Erde aus Kometen aus dem Kuipergürtel oder der Oortschen Wolke stammt.

Die Asteroiden-Hypothese

In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts bestimmte man das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis (D/H-Wert) in irdischem Wasser und dem Wasser, das man in Kometen gefunden hatte. Die Kometen aus der Oortschen Wolke besaßen aber doppelt so viel Deuterium wie das Wasser auf der Erde, und die Kometen aus dem Kuipergürtel haben sogar einen dreimal so hohen Deuterium-Wert. Also kann das Wasser auf der Erde nicht von Kometen stammen.

Als Alternative bietet sich die Asteroiden-Hypothese an, nach der das Wasser von größeren Asteroiden auf die Erde gebracht wurde. Diese Asteroiden stammen aus dem Asteroiden-Gürtel, der sich zwischen der Umlaufbahn von Mars und Jupiter befindet. Der Asteroiden-Gürtel ist der Erde also viel näher als der Kuipergürtel oder gar die Oortsche Wolken.

Oft schlagen Meteroriten auf der Erde ein, und häufig gelingt es, solche Meteroiten zu finden und zu analysieren. Der D/H-Wert solcher Meteroiten entspricht in etwa dem D/H-Wert des Meerwassers, was ein starkes Argument für diese Asteroiden-Hypothese ist. Vor allem die sogenannten kohligen Chondriten enthalten sehr viel Wasser, aber auch sehr viel Gestein. Man nimmt sogar an, dass "etwa ein Prozent der Erdmasse von Chondriten stammt, die erst eingeschlagen sind, nachdem der Planet abgekühlt war und sich der Kern bereits vollständig herausgebildet hatte".

Die Zwergplaneten-Hypothese

Es gibt aber auch Beobachtungen, die der Asteroiden-Hypothese widersprechen. Zwar entspricht das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Meerwassers ungefähr dem D/H-Verhältnis von Asteroiden. Aber wenn man die Edelgas-Zusammensetzung der Erde mit der von Asteroiden vergleicht, kommt man zu ganz anderen Ergebnissen. Erde (und Mars) enthalten sehr viel weniger Xenon und Argan als Meteroiten (die ja von Asteroiden quasi abgesplittert sind).

Zwergplaneten wie beispielsweise Ceres (900 km Durchmesser) bestehen vermutlich zur Hälfte aus Wasser. Die Erde hat eine 6000 mal größere Masse als Ceres, besteht aber nur zu 0,04 Prozent aus Wasser. Wenn Zwergplaneten aber zu 50% aus Wasser bestehen, kann man leicht ausrechnen, dass nur fünf solcher Zwergplaneten genau so viel Wasser enthalten wie die ganze Erde - so steht es zumindest im Artikel von Jewitt und Young.

Der ausgewertete Artikel ist im Jahre 2015 erschienen. Ob man inzwischen das D/H-Verhältnis von Zwergplaneten und deren Edelgaszusammensetzung untersucht hat, entzieht sich im Augenblick meiner Kenntnis. Solche Werte müsste man aber analysieren, wenn man die Zwergplaneten-Hypothese bestätigen will.