Das Wasser im Mondmantel stammte von primitiven Meteoriten, neuen Forschungsergebnissen, von denen dieselbe Quelle vermutete, dass sie den größten Teil des Wassers auf der Erde geliefert hatte.
Mond über Cabo Frio, Brasilien. Bildnachweis: MarcusVDT / Shutterstock
Die Ergebnisse werfen neue Fragen zum Entstehungsprozess des Mondes auf.
Es wird angenommen, dass sich der Mond aus einer Trümmerscheibe gebildet hat, die übrig geblieben ist, als ein riesiges Objekt vor 4,5 Milliarden Jahren, sehr früh in der Erdgeschichte, auf die Erde prallte. Wissenschaftler haben lange angenommen, dass die Hitze von einem Aufprall dieser Größe dazu führen würde, dass Wasserstoff und andere flüchtige Elemente in den Weltraum verdampfen, was bedeutet, dass der Mond vollständig trocken gestartet sein muss.Vor kurzem haben die NASA-Raumsonden und neue Untersuchungen an Proben aus den Apollo-Missionen gezeigt, dass der Mond tatsächlich Wasser sowohl auf seiner Oberfläche als auch unter seiner Oberfläche hat.
Indem gezeigt wird, dass das Wasser auf dem Mond und auf der Erde aus derselben Quelle stammt, bietet diese neue Studie noch mehr Beweise dafür, dass das Wasser des Mondes die ganze Zeit dort war.
"Die einfachste Erklärung für das, was wir gefunden haben, ist, dass sich zum Zeitpunkt des riesigen Aufpralls Wasser auf der Proto-Erde befand", sagte Alberto Saal, Associate Professor für Geologische Wissenschaften an der Brown University und Hauptautor der Studie. "Ein Teil dieses Wassers hat den Aufprall überstanden, und das sehen wir auf dem Mond."
Die Studie wurde von Erik Hauri von der Carnegie Institution of Washington, James Van Orman von der Case Western Reserve University und Malcolm Rutherford von Brown mitautorisiert und online im Science Express veröffentlicht.
Um den Ursprung des Mondwassers zu ermitteln, untersuchten Saal und seine Kollegen Schmelzeinschlüsse in Proben, die von den Apollo-Missionen mitgebracht wurden. Schmelzeinschlüsse sind winzige vulkanische Glaspunkte, die in Olivin genannten Kristallen eingeschlossen sind. Die Kristalle verhindern, dass bei einem Ausbruch Wasser austritt, und ermöglichen es den Forschern, sich ein Bild vom Inneren des Mondes zu machen.
Untersuchungen von Hauri aus dem Jahr 2011 ergaben, dass die Schmelzeinschlüsse reichlich Wasser enthalten - so viel Wasser wie sich Laven auf dem Meeresboden der Erde bilden. Diese Studie zielte darauf ab, den Ursprung dieses Wassers zu finden. Zu diesem Zweck untersuchten Saal und seine Kollegen die Isotopenzusammensetzung des in den Einschlüssen eingeschlossenen Wasserstoffs. "Um den Ursprung des Wasserstoffs zu verstehen, brauchten wir einen Finger", sagte Saal. "Was als Finger verwendet wird, ist die Isotopenzusammensetzung."
Mit einer Multicollector-Ionen-Mikrosonde Cameca NanoSIMS 50L von Carnegie haben die Forscher die Menge an Deuterium in den Proben im Vergleich zur Menge an regulärem Wasserstoff gemessen. Deuterium ist ein Wasserstoffisotop mit einem zusätzlichen Neutron. Wassermoleküle, die von verschiedenen Orten im Sonnensystem stammen, haben unterschiedliche Deuteriummengen. Im Allgemeinen haben Dinge, die sich näher an der Sonne bilden, weniger Deuterium als Dinge, die sich weiter draußen bilden.
Saal und seine Kollegen stellten fest, dass das Deuterium / Wasserstoff-Verhältnis in den Schmelzeinschlüssen relativ niedrig war und mit dem Verhältnis in kohlenstoffhaltigen Chondriten, Meteoriten aus dem Asteroidengürtel in der Nähe von Jupiter, übereinstimmte und als eines der ältesten Objekte im Sonnensystem angesehen wurde. Das heißt, die Quelle des Wassers auf dem Mond sind primitive Meteoriten, keine Kometen, wie einige Wissenschaftler dachten.
Kometen sind wie Meteoriten dafür bekannt, Wasser und andere flüchtige Stoffe zu transportieren, aber die meisten Kometen haben sich in einer Formation namens Oort Cloud in der Ferne des Sonnensystems gebildet. Weil sie sich so weit von der Sonne entfernt gebildet haben, haben sie tendenziell hohe Deuterium / Wasserstoff-Verhältnisse - viel höhere Verhältnisse als im Inneren des Mondes, aus dem die Proben in dieser Studie stammen.
"Die Messungen selbst waren sehr schwierig", sagte Hauri, "aber die neuen Daten liefern den besten Beweis dafür, dass die kohlenstoffhaltigen Chondriten eine häufige Quelle für die flüchtigen Bestandteile der Erde und des Mondes und möglicherweise des gesamten inneren Sonnensystems waren."
Jüngste Forschungen, so Saal, haben ergeben, dass 98 Prozent des Wassers auf der Erde auch von primitiven Meteoriten stammen, was auf eine gemeinsame Quelle für Wasser auf der Erde und Wasser auf dem Mond schließen lässt. Der einfachste Weg, das zu erklären, ist laut Saal, dass das Wasser bereits auf der frühen Erde vorhanden war und auf den Mond übertragen wurde.
Der Befund steht nicht notwendigerweise im Widerspruch zu der Vorstellung, dass der Mond durch einen riesigen Aufprall auf die frühe Erde entstanden ist, sondern stellt ein Problem dar. Wenn der Mond aus Material besteht, das von der Erde stammt, ist es sinnvoll, dass das Wasser in beiden eine gemeinsame Quelle hat. Es bleibt jedoch die Frage, wie dieses Wasser eine so heftige Kollision überstehen konnte.
"Der Aufprall hat irgendwie nicht dazu geführt, dass das ganze Wasser verloren gegangen ist", sagte Saal. "Aber wir wissen nicht, wie dieser Prozess aussehen würde."
Den Forschern zufolge gibt es einige wichtige Prozesse, die wir zur Entstehung von Planeten und Satelliten noch nicht verstanden haben.
"Unsere Arbeit legt nahe, dass selbst leicht flüchtige Elemente bei einem riesigen Aufprall nicht vollständig verloren gehen", sagte Van Orman. "Wir müssen zurück zum Reißbrett gehen und mehr darüber erfahren, was riesige Auswirkungen bewirken, und wir müssen auch die volatilen Bestände im Mond besser in den Griff bekommen."
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