Die unvermeidliche Frage stellt sich: Was hat die Atmosphäre ersetzt? Es ist möglich, dass dieselben Impaktoren, die die Atmosphäre ausgestoßen haben, auch neue Gase eingeführt haben.
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Geochemische Beweise deuten darauf hin, dass die Erdatmosphäre zumindest vollständig ausgelöscht sein könnte zweimal seit seiner Gründung vor mehr als 4 Milliarden Jahren. Die Frage ist… wie? Diese Woche (2. Dezember 2014) schlägt ein internationales Team von Forschern des MIT, der Hebrew University und von Caltech ein mögliches Szenario vor. Sie sagen, dass ein unerbittlicher Blitz aus kleinen Weltraumsteinen oder Planetesimalen die Erde zu der Zeit bombardiert haben könnte, als der Mond entstand. Dieses Bombardement aus dem Weltraum hätte möglicherweise mit ausreichender Kraft Gaswolken aufwirbeln können, um kleine Teile der Atmosphäre dauerhaft in den Weltraum zu schleudern. Das Tagebuch Ikarus wird die Ergebnisse des Teams in der Februar-Ausgabe 2015 veröffentlichen.
Zehntausende solcher kleinen Einflüsse könnten, so die Forscher, die gesamte Uratmosphäre der Erde effizient zerstören. Solche Einschläge könnten auch andere Planeten gesprengt und sogar die Atmosphäre von Venus und Mars abgeschält haben.
Tatsächlich stellten die Forscher fest, dass kleine Planetesimale - winzige Körper, die die frühe Sonne umkreisen und letztendlich die Planeten bilden - beim Antreiben des atmosphärischen Verlusts viel wirksamer sind als riesige Asteroiden. Basierend auf den Berechnungen der Forscher würde es eines riesigen Aufpralls bedürfen - fast so massiv wie die Erde, die in sich selbst zuschlägt -, um den größten Teil der Atmosphäre zu zerstreuen. Zusammengenommen hätten viele kleine Stöße den gleichen Effekt, bei einem winzigen Bruchteil der Masse.
Die Gruppe untersuchte, wie viel Atmosphäre nach Einschlägen mit riesigen, marsgroßen und größeren Körpern sowie mit kleineren Impaktoren von 25 Kilometern oder weniger erhalten blieb und verloren ging.
Das Team führte numerische Analysen durch und berechnete die von einer bestimmten Aufprallmasse bei einer bestimmten Geschwindigkeit erzeugte Kraft und den daraus resultierenden Verlust an atmosphärischen Gasen. Eine Kollision mit einem so massiven Impaktor wie dem Mars, wie die Forscher fanden, würde eine Stoßwelle durch das Erdinnere erzeugen, die eine signifikante Bodenbewegung auslösen würde - ähnlich wie bei gleichzeitigen gigantischen Erdbeben auf dem Planeten - deren Kraft in die Atmosphäre ausstrahlen würde könnte möglicherweise einen erheblichen Teil, wenn nicht sogar den gesamten Teil der Atmosphäre des Planeten ausstoßen.
Wenn es jedoch zu einer solchen gigantischen Kollision kommt, sollte sie auch alles auf dem Planeten zum Schmelzen bringen und sein Inneres in einen homogenen Schlamm verwandeln. Angesichts der Vielfalt von Edelgasen wie Helium-3 tief im Erdinneren gelangten die Forscher zu dem Schluss, dass ein solcher gigantischer Kernschmelzeffekt unwahrscheinlich ist.
Stattdessen berechnete das Team die Auswirkungen von viel kleineren Impaktoren auf die Erdatmosphäre. Solche Weltraumgesteine würden beim Aufprall eine Art Explosion auslösen und eine Wolke aus Trümmern und Gas freisetzen. Der größte dieser Impaktoren ist stark genug, um das gesamte Gas unmittelbar über der Tangentialebene des Aufpralls - der Linie senkrecht zur Flugbahn des Impaktors - aus der Atmosphäre auszustoßen. Bei kleineren Einwirkungen würde nur ein Bruchteil dieser Atmosphäre verloren gehen.
Um die gesamte Erdatmosphäre vollständig auszustoßen, müsste der Planet nach Schätzungen des Teams von Zehntausenden kleiner Impaktoren bombardiert worden sein - ein Szenario, das wahrscheinlich vor 4,5 Milliarden Jahren während der Entstehung des Mondes aufgetreten ist. Diese Zeit war eine Zeit des galaktischen Chaos, als Hunderttausende von Weltraumsteinen um das Sonnensystem wirbelten und häufig zusammenstießen, um die Planeten, den Mond und andere Körper zu formen.
Im Verlauf der Forschungen der Gruppe stellte sich unvermeidlich die Frage, was letztendlich die Erdatmosphäre ersetzt hat. Nach weiteren Berechnungen stellte das Team die gleichen Impaktoren fest, bei denen das ausgestoßene Gas möglicherweise auch neue Gase oder flüchtige Stoffe eingeführt hat.
Die Gruppe berechnete die Menge an flüchtigen Stoffen, die von einem Gestein einer bestimmten Zusammensetzung und Masse freigesetzt werden können, und stellte fest, dass ein erheblicher Teil der Atmosphäre durch den Aufprall von Zehntausenden von Weltraumgesteinen wieder aufgefüllt wurde.
Hilke Schlichting, Assistenzprofessorin am MIT für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, sagt, dass das Verständnis der Treiber der antiken Erdatmosphäre Wissenschaftlern helfen könnte, die frühen planetarischen Bedingungen zu identifizieren, die das Leben zur Bildung ermutigten. Sie sagte:
legt eine ganz andere Ausgangsbedingung für die Atmosphäre der frühen Erde fest. Es gibt uns einen neuen Ausgangspunkt für den Versuch, die Zusammensetzung der Atmosphäre und die Bedingungen für die Entwicklung des Lebens zu verstehen.
Fazit: Ein unerbittlicher Blitz aus kleinen Weltraumsteinen könnte die frühe Erde bombardiert haben und Gaswolken mit genug Kraft aufwirbeln, um die Atmosphäre dauerhaft in den Weltraum zu schleudern.