Geburtsstunde von Mond und Erde

Ein Forscherteam der Universität Münster hat zusammen mit Wissenschaftlern der Universitäten Köln und Oxford die Entstehung des Mondes erstmals präzise datiert. Sie können zeigen, dass der Mond vor 4.527 Millionen Jahren entstanden ist. Dieses Alter stützt die gängige Theorie der Mondentstehung und gilt gleichzeitig als „Geburtsstunde“ der Erde. Die Resultate werden in der neuesten Ausgabe der international angesehen Zeitschrift „Science“ publiziert.

Bisherige Schätzungen des Mondalters stützten sich im wesentlichen auf relativ ungenaue Datierungen von wenigen Mondgesteinen, die zeigen, dass der Mond irgendwann in den ersten 100 Millionen Jahren unseres Sonnensystems entstanden sein muss. Ein Forscherteam des Instituts für Mineralogie Universität Münster mit Klaus Mezger und Thorsten Kleine (jetzt ETH Zürich), der Universität Köln mit Herbert Palme und der Universität Oxford mit Alex Halliday hat für die nun präsentierten Resultate Metalle aus Mondproben verschiedener Apollo-Missionen untersucht. In diesen Metallen wurden kleinste Mengen des Elements Wolfram untersucht. Die neuen hoch-präzisen Messungen zeigen, dass eine bestimmte Art von Wolfram – das Isotop Wolfram-182 – in Mondgesteinen unterschiedlich häufig vorkommt. Diese Unterschiede werden von den Forschern benutzt, um das Alter des Mondes zu berechnen.

Das Forscherteam kann das Isotop Wolfram-182 zur Altersbestimmung von Prozessen benutzen, die sehr lang zurückliegen. Wolfram-182 ist teilweise durch den radioaktiven Zerfall von Hafnium-182 entstanden. Dieses Hafnium-182 war ein sehr instabiles Isotop und ist, für geologische Zeiträume sehr schnell, innerhalb der ersten 60 Millionen Jahren unseres Sonnensystems komplett zerfallen. Unterschiede in der Häufigkeit von Wolfram 182 in den Mondgesteinen weisen daher darauf hin, dass es ausreichende Mengen des radioaktiven Mutterisotops Hafnium-182 gab. Findet man keinen Unterschied in der Häufigkeit von Wolfram-182, müssen die Gesteine mehr als 60 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems entstanden sein.

Gibt es jedoch Variationen in Wolfram-182, dann kann deren Entstehung genau eingegrenzt und eine genaue Altersbestimmung durchgeführt werden: Je grösser die Unterschiede in der Häufigkeit von Wolfram-182, desto länger muss die Entstehung zurück liegen. Die Resultate der Forschergruppe belegen nun, dass Mondgesteine unterschiedliche Mengen Wolfram-182 enthalten, das durch den Zerfall von Hafnium-182 gebildet wurde. Aus diesen Unterschieden berechneten die Wissenschaftler, dass der Mond vor 4.527 (plus oder minus zehn) Millionen Jahren entstanden sein muss. Dies entspricht 30 bis 50 Millionen Jahren nach Entstehung unseres Sonnensystems.

Die Theorie des „Giant Impact“ ist seit fast 30 Jahren in der Fachwelt bekannt und wird heute weitgehend akzeptiert. Sie geht davon aus, dass ein etwa Mars-großer Planet mit der Protoerde kollidierte. Die Trümmer der Kollision bildeten eine Scheibe um die Erde, woraus sich der Mond formte. Die freigesetzte Energie hat einen Grossteil des Mondes aufgeschmolzen und einen Magmaozean erzeugt. Nach den neuen Ergebnissen muss der Magmaozean auf dem Mond sehr schnell, in weniger als 20 Millionen Jahren, komplett erstarrt sein.

Die jetzt in Science vorgestellten Ergebnisse liefern wichtige Belege für die Hypothese des „Giant Impacts“. Die neue Altersbestimmung zeigt, dass der Mond zu einem Zeitpunkt entstanden ist, als es schon Planeten in unserem Sonnensystem gab, wie zum Beispiel den Mars. Es ist daher wahrscheinlich, dass der Mond durch die Kollision zwischen Planeten entstanden ist.

Kollisionen zwischen Planeten waren ein häufiges Ereignis in der frühen Geschichte unseres Sonnensystems. So entstand die Erde durch eine Vielzahl solcher Kollisionen, die zu einem allmählichen Anwachsen der Erde zu ihrer heutigen Größe führten. Der „Giant Impact“ war jedoch ein in seinem Ausmass einmaliges Ereignis in unserem Sonnensystem. Er ist mit großer Wahrscheinlichkeit das letzte Ereignis im Wachstum der Erde und markiert damit das Ende der Erdentstehung. Das Alter des Mondes ist daher zugleich die Geburtsstunde der Erde.

Bisher konnte der Zeitpunkt der Entstehung der Erde nie eindeutig bestimmt werden, bisherige Altersabschätzungen waren sehr modell-abhängig und kamen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Die ältesten Gesteine, die man heute auf der Erde findet, sind mindestens 500 Millionen Jahren jünger als die Erde selbst. Sie lassen daher keine eindeutigen Schlussfolgerungen auf die Entstehung der Erde zu. Mondgesteine dagegen enthalten solche Information über die Entstehung von Erde und Mond. Somit öffnet der Mond auch einen Einblick in die Geburtsstunde unseres blauen Planeten.