Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben herausgefunden, dass „Proto-Erde“-Material aus den frühesten Stadien der Erdentstehung tief im Erdinneren möglicherweise noch erhalten ist. Wissenschaftler rätseln seit langem darüber, warum die Gesamtzusammensetzung der Erde nicht genau mit der Materialmischung in antiken Meteoriten übereinstimmt. Eine Hypothese besagt, dass das von der Erde während der „Proto-Erde“-Periode (also in den frühen Stadien vor der Entstehung des Mondes) absorbierte Material nicht das gleiche ist wie das Material, das nach dem Rieseneinschlag gewonnen wurde.
Um diesen Standpunkt zu überprüfen, arbeitete das MIT-Team mit mehreren Forschungseinrichtungen zusammen, um mithilfe der thermischen Ionisations-Massenspektrometrie Kalium-40 und andere Isotope in Erdgesteinen zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Tiefen genau zu messen. Untersuchungen haben ergeben, dass die Erde in den frühesten Tagen der Erde ein heißer, felsiger Planet war und es dann zu einer großen Kollision kam: Ein marsgroßes Objekt kollidierte heftig mit der jungen Erde. Der Aufprall war so stark, dass er das Erdinnere vollständig zum Schmelzen brachte und seine chemische Zusammensetzung veränderte. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft wird seit langem davon ausgegangen, dass die Kollision alle Spuren der ursprünglichen Existenz der Erde ausgelöscht hat.
Die neueste Forschung des MIT gibt jedoch eine andere Antwort. Wissenschaftler haben einzigartige chemische Hinweise in tiefen alten Gesteinen entdeckt, die Kaliumisotopenkombinationen aufweisen, die sich deutlich vom modernen Erdmaterial unterscheiden. Weder spätere Weltraumeinschläge noch aktuelle geologische Aktivitäten können dieses Ungleichgewicht erklären. Es wird spekuliert, dass dieses Merkmal höchstwahrscheinlich ein Überbleibsel aus der Urzeit der Erde ist und auf wundersame Weise der Assimilation und Umschreibung des ursprünglichen verheerenden Einschlags entgangen ist.
Dr. Nicole Nie vom MIT sagte: „Dies könnte die erste direkte Bestätigung dafür sein, dass das ursprüngliche Erdmaterial erhalten geblieben ist. Wir sehen extrem alte Erdfragmente, die sogar vor dem Rieseneinschlag entstanden sind. Das ist erstaunlich, denn theoretisch sollte dieses früheste Erdmerkmal im Laufe der langen Entwicklung allmählich verschwinden.“
Im Jahr 2023 untersuchte Dr. Nies Team Meteoriten aus aller Welt. Diese Meteoriten wurden in verschiedenen Teilen des Sonnensystems gebildet und waren der Schlüssel zur chemischen Entwicklung des Sonnensystems. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Kalium drei Isotope hat (39, 40 und 41). Auf der Erde sind 39 und 41 vorherrschend, und 40 ist äußerst selten. Allerdings sind die Anteile der Kaliumisotope in Meteoriten unterschiedlich. Diese „Kaliumanomalie“ impliziert, dass sie vor der Entstehung der Erde primitive Materialien enthielten.
Diese Studie führte eine eingehende Analyse von Erdproben durch, darunter archaische mafische Gesteine und moderne Ozeaninselbasalte aus Grönland, Kanada und Hawaii. Sie lösten Gesteinsproben in Säure, um das Kalium zu extrahieren, und verwendeten ein Massenspektrometer, um die Isotopenverhältnisse genau zu messen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese alten Gesteine einen ungewöhnlich niedrigen Gehalt an Kalium-40 aufweisen, was seltener ist als anderswo auf der Erde und seltener zu sehen ist als der braune Sand zwischen den gelben Partikeln an einem Strand.
Das Team nutzte außerdem Simulationen, um die sich ändernden Trends von Kalium-40 während der Entwicklung der Erde von ihrer Entstehung bis hin zu nachfolgenden Einschlägen, Erwärmung und Vermischung zu analysieren. Modelle zeigen, dass der Kalium-40-Gehalt entweder durch große Einschläge oder nachfolgende geologische Prozesse normalerweise leicht ansteigt, aber diese alten Proben weisen ungewöhnlich niedrige Werte auf und gelten als seltene, unveränderte Überreste der frühen Erde.
Die Studie wies darauf hin, dass Gesteine mit ungewöhnlich niedrigem Kalium-40-Gehalt möglicherweise tatsächlich von der „Urerde“ übrig geblieben sind und sich ihre chemischen Eigenschaften immer noch von denen bestehender Meteoritenproben unterscheiden. Dr. Nie sagte: „Wissenschaftler haben versucht, aus der Zusammensetzung verschiedener Meteoritentypen Rückschlüsse auf die ursprüngliche chemische Struktur der Erde zu ziehen, und unsere Forschung zeigt, dass der bestehende Meteoritenkatalog noch lange nicht vollständig ist und es über die Entstehungsgeschichte der Erde noch viel zu entdecken gibt.“
Relevante Artikel wurden in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.