Aus koronalen Löchern in der Sonnenatmosphäre entweichen starke Sonnenwinde. (NASA/SDO/AIA) Vor 4,5 Milliarden Jahren, als sich das Sonnensystem noch bildete, verfingen sich wahrscheinlich Partikel des Sonnenwinds unserer Sonne im Erdkern, der sich aus Weltraumschutt zusammensetzte.
Zu diesem Schluss kamen Wissenschaftler, nachdem sie bei der Analyse eines Eisenmeteoriten einen Überschuss an Edelgasen festgestellt hatten, deren Isotopenverhältnisse mit denen des Sonnenwinds übereinstimmen. Da angenommen wird, dass Eisenmeteoriten mit der Bildung des Planetenkerns vergleichbar sind, deutet dies darauf hin, dass im Erdkern ähnliche Mengen vorhanden sein müssten.
Der Meteorit, benannt Washington County denn der Ort, an dem es 1927 gefunden wurde, ist selten. Von allen Weltraumgesteinen, die auf die Erde fallen, bestehen nur etwa 5 Prozent derjenigen, die wir zurückholen, aus Eisen.
Basierend auf unserem Verständnis der Planetenentstehung werden diese Eisenmeteoriten als Kerne gescheiterter Planeten interpretiert.
Es wird angenommen, dass sich Planeten bilden, wenn ihre Sterne sehr jung sind – möglicherweise sogar gleichzeitig während sich der Stern noch bildet - und werden von einer wirbelnden dicken Wolke aus Staub und Gas umkreist. Staub und Kieselsteine in dieser Wolke beginnen zu kollidieren und zusammenzukleben: zuerst elektrostatisch, dann gravitativ, da das Objekt immer massiver wird und mehr Material anziehen kann. Bei diesen Objekten handelt es sich im Grunde genommen um „Planetensamen“ bzw Planetesimale .
Wenn Planetesimale wachsen, werden sie heiß und etwas geschmolzen, sodass sich Material bewegen kann. Kerndifferenzierung ist der Prozess, bei dem dichteres Material nach innen in Richtung der Mitte des Objekts sinkt, während weniger dichtes Material nach außen aufsteigt.
Nicht alles, was anfängt, ein Planet zu werden, schafft es tatsächlich bis zum Ende. Es wird angenommen, dass Asteroiden die Überreste von Planetesimalen sind, die zerstört und fragmentiert wurden, bevor sie das volle Planetenwachstum erreichen konnten; und Eisenmeteoriten gelten als Fragmente differenzierter Planetesimalkerne.
Aus diesem Grund untersuchen Planetenforscher Eisenmeteoriten, um die Entstehung unseres eigenen Planeten besser zu verstehen dichter Eisenkern . Und der Eisenmeteorit im Washington County ist seit einiger Zeit als etwas Besonderes bekannt.
Wissenschaftler entdeckten zunächst, dass es ungewöhnliche Isotope der Edelgase Helium und Neon zu enthalten schien Damals in den 1960er Jahren , und seitdem sind Forscher davon fasziniert.
Ursprünglich ging man davon aus, dass die Gase kosmogenen Ursprungs sind – das heißt, sie entstehen durch Wechselwirkungen mit der galaktischen kosmischen Strahlung, der der Eisenmeteoroid über Milliarden von Jahren im Weltraum ausgesetzt war.
Dann, in den 1980er Jahren Astronomen stellten fest, dass die Verhältnisse eher mit den Isotopenverhältnissen des Sonnenwinds übereinstimmen. Nun hat ein Team um den Kosmochemiker Manfred Vogt von der Universität Heidelberg dies bestätigt.
Mithilfe der Edelgas-Massenspektrometrie haben sie eindeutig festgestellt, dass einige der im Washington County-Meteoriten gefundenen Isotopenverhältnisse von Neon und Helium viel eher mit einem Sonnenwind als mit einem kosmogenen Ursprung übereinstimmen.
„Die Messungen mussten außerordentlich genau und präzise sein, um die Sonnensignaturen von den vorherrschenden kosmogenen Edelgasen und atmosphärischer Kontamination zu unterscheiden“, Vogt erklärt .
Durch Extrapolation des Meteoriten auf Planetenkerne gelangte das Team zu dem Schluss, dass es möglich sei, dass ähnliche Sonnenwindpartikel vom sich bildenden Erdkern eingefangen und im flüssigen Metall aufgelöst worden seien. Interessanterweise stützen Beobachtungsergebnisse diese Schlussfolgerung.
Sonnenisotope von Helium und Neon kommen auch im magmatischen Gestein ozeanischer Inseln vor. Zumindest einige dieser ozeanischen Basalte stammen aus tiefen Mantelwolken, von denen angenommen wird, dass sie sich erstrecken bis zur Kern-Mantel-Grenze , um 2.900 Kilometer (1.800 Meilen) tief.
Da die Sonnenisotope nicht in Vulkangestein gefunden werden, das aus flacheren Materialien stammt, deutet dies darauf hin, dass die Isotope tief im Erdinneren stammen, sagten die Forscher.
„Wir haben uns immer gefragt, warum in einem langsam, wenn auch ständig konvektierenden Mantel überhaupt so unterschiedliche Gassignaturen existieren können.“ erklärte der Kosmochemiker Mario Trieloff der Universität Heidelberg.
Den Berechnungen des Teams zufolge würden die beobachteten Mantelhäufigkeiten an solaren Neon- und Heliumisotopen keine großen Mengen an Material erfordern, ähnlich wie beim Washington County-Meteoriten. Wenn nur 1 bis 2 Prozent des Kerns eine ähnliche Zusammensetzung hätten, könnte dies erklären, was Trieloff und sein Team beobachtet haben.
Angesichts der turbulenten Bedingungen während der Entstehung des Sonnensystems und wie wild die Sonne , ist es vielleicht nicht verwunderlich, dass sich in allem Sonnenpartikel vermischen.
Aber die Tatsache, dass diese Partikel möglicherweise aus dem Kern in den Mantel eindringen Ist überraschend und legt nahe, dass wir möglicherweise einen undichten Kern in zukünftige Forschung und Modellierung einbeziehen müssen, sagten die Forscher.
„Für unseren Planeten könnte dies eine neue Lösung für Probleme bieten, die mit der Aufrechterhaltung verschiedener Mantelregime mit unterschiedlichen Edelgassignaturen verbunden sind, indem einzelne Reservoirs aus dem darunter liegenden Kern entfernt werden.“ sie schrieben in ihrer Zeitung .
„Gleichzeitig würde dies eine erhebliche – bisher vernachlässigte – aktive Rolle des Erdkerns in der Geochemie des Erdmantels und der volatilen Geodynamik implizieren, die in zukünftige Studien integriert werden sollte.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Kommunikation Erde und Umwelt .