Wie die Erde ihren Mond bekam

Doch höchstens eine Million Jahre später, vielleicht auch nur nach 100.000 Jahren, folgte ein weiterer Aufprall, und zwar mit geringerer Geschwindigkeit. Das war für Theia letztlich fatal: Teile ihrer Trümmer wurden in die Erdumlaufbahn geschleudert und bildeten dort eine flache Scheibe. Sie umfasste 2 bis 3 Mondmassen – genügend Rohstoff, aus dem sich nach und nach durch Verklumpung der Erdmond formieren konnte.

Bei diesem Hit-and-Run-Szenario stammt das Trümmermaterial in der Scheibe in höherem Maße aus dem Erdmantel. Das würde Isotopenanalysen erklären, die eine auffällige chemische Ähnlichkeit zwischen Erd- und Mondgestein hinsichtlich Sauerstoff, Titan, Chrom, Wolfram und weiterer Elemente ergeben haben.

Bei älteren Giant-Impact-Simulationen hatten hauptsächlich die Fragmente von Theia zur Entstehung des Mondes beigetragen. Doch das ist nur möglich, wenn Theia und Erde chemisch nahezu identisch gewesen wären, was nicht sehr plausibel erscheint. Dieses ungelöste Problem war Fachkreisen als Isotopen-Krise geläufig. Im Hit-and-Run-Szenario gelangte weniger Theia-Material in den heutigen Mond.

Auch eine Mondentstehung aus nur einer einzigen Kollision steht weiterhin zur Debatte. Dies zeigt das Resultat einer 2022 publizierten Studie eines Teams um Jacob Kegerreis, der mittlerweile am Londoner Imperial College forscht. Theia und die Erde wurden dazu im Computer in eine große Zahl von Teilkörpern zerlegt. Deren Verhalten während und nach der Kollision wurde dann rechnerisch verfolgt. Dabei musste der Computer bis zu 100 Millionen Partikel bewältigen – eine tausendfach höhere Auflösung als bei früheren Simulationen. Rund 400-mal führte das Team diese Rechengänge durch.

Das in dieser Studie simulierte Aufpralltempo ist geringer und entspricht etwa der Fluchtgeschwindigkeit. Bemerkenswert ist, dass nur die besonders hochaufgelösten Programmläufe einen mondähnlichen Trabanten hervorbringen. Und: Ein Großteil des Mondes bildete sich sehr schnell – nur wenige Stunden nach dem Impakt. Außerdem waren in dieser Simulation die äußeren Schichten des Mondes reicher an Material, das von der Erde stammte. Auch dieser Umstand würde die Isotopen-Krise tendenziell mildern. Der Physiker Vincent Eke von der englischen Durham University war an der Studie beteiligt. Er meint dazu: „Dieser Entstehungspfad könnte helfen, die Isotopen-Ähnlichkeit zwischen dem Gestein des Erdmantels und dem Mondgestein zu erklären, das die Apollo-Astronauten mitgebracht haben.“

Theia tief im Tartarus?

Zurück in die mythische Gedankenwelt der Griechen: Einige unterlegene Titanen wurden im Tartarus tief in der Unterwelt interniert. Ob dies auch der Titanen-Göttin Theia widerfuhr, ist mangels antiker Quellen unklar.

Und wo blieb die nicht im Erdmond verklumpte Theia-Materie? Existieren davon womöglich noch Relikte tief im Körper unseres Heimatplaneten? Im November 2023 untermauerte ein internationales Forscherteam im Wissenschaftsblatt nature genau diese Vermutung. „Wir haben tief in die Erde geblickt“, beschrieb es Qian Yuan vom California Institute of Technology, der die Studie leitete.

Genauer gesagt geht es um die Grenze zwischen Erdmantel und dem flüssigen Teil des Erdkerns, also eine Zone fast 2.900 Kilometer unter der Oberfläche (BDW 4/2025, „Der eiserne Kern der Erde“). Dort befinden sich zwei steinerne Gebilde von kontinentalem Ausmaß. Sie liegen annähernd gegenüber, nämlich unter Afrika und unter dem Pazifik, und decken zusammen etwa 30 Prozent der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel ab. Erstmals wurden diese Objekte vor einem halben Jahrhundert entdeckt, als Seismologen feststellten, dass Erdbebenwellen sich dort langsamer fortpflanzen. Im Fachjargon werden diese unterirdischen „Provinzen“ deshalb Large Low Seismic Velocity Provinces oder kurz LLSVPs genannt.

Zu Yuans Team gehört auch Jacob Kegerreis. Die neuen Analysen bauen auf seiner Studie auf. Sie legen nahe, dass nach dem Impakt mehr als ein Zehntel von Theias Mantelgestein im Erdmantel verschwand. Schon länger ist bekannt, dass der Mondmantel mit mehr als zehn Prozent Eisenoxid-Anteil dichter als der Erdmantel ist (hier sind es weniger als acht Prozent). Auch Theias Mantelzone sollte deshalb eisenreicher gewesen sein als diejenige der Urerde. Aber wieso vermischte sich das Theia-Material angesichts des heftigen Aufpralls nicht vollständig mit dem restlichen Material im Erdinnern, sondern verklumpte zu den beiden LLSVP-Provinzen?

Im Friedhof der Erdplatten

Die neuen Analysen belegen, dass der Großteil der Aufprallenergie in die obere Hälfte des Erdmantels gelangte. Dessen unterer Teil blieb hingegen relativ kühl, zumindest verglichen mit früheren Impakt-Rechnungen. Deshalb schmolz der tiefe Erdmantel nicht völlig auf; Klumpen aus Theias eisenhaltigem Material, Dutzende Kilometer dick, hätten dort weitgehend intakt bleiben können. Ähnlich wie in einer Lavalampe seien die dichten Theia-Relikte der Schwerkraft folgend nach unten gesunken. Die Modellrechnungen des Teams zur Konvektion im Erdmantel lassen vermuten, dass diese Klumpen bis zur Basis des Erdmantels abtauchten und sich zu LLSVP-ähnlichen Gebilden ansammelten, die bis heute überdauerten. Man könnte sie daher als natürliche Folge des Giant Impact deuten, so die Forscher.

Sind Theias Relikte also tief im Erdmantel beerdigt? Eine solche Aussage wäre verfrüht. Die außerirdische Abstammung der LLSVPs ist nur eine von mehreren Erklärungen. Es könnte sich ebenso um einen Stück der ehemaligen ozeanischen Kruste handeln, die in den Mantel abgesunken ist. Auch auskristallisierte Teile des Magmaozeans auf der urzeitlichen Erde, die sich nie mit dem Rest des Erdmantels vermischt haben, sind denkbar. Yuan räumt deshalb ein: „Unsere Studie kann andere Ursachen nicht ausschließen.“

Die mysteriösen Objekte bleiben weiter im Fokus der Forschung. Eine im Januar 2025 publizierte Studie der Universität im niederländischen Utrecht zieht zwar keine Verbindung zwischen Theia und den beiden LLSVPs, enthüllt aber einige von deren Eigenschaften. Dazu nutzte die Geophysikerin Arwen Deuss und ihr Team die Daten von über tausend starken Erdbeben der vergangenen fünf Jahrzehnte. Die seismischen Bebenwellen durchquerten die beiden „Inseln im Friedhof der versunkenen tektonischen Platten“ – so drücken es die Forscher aus. Auch die Dämpfung der Wellen wurde ermittelt.

„Durch die große Zahl von Grenzen zwischen den Körnern im Plattenfriedhof finden wir mehr an Dämpfung, da die Wellen an jeder überquerten Grenze Energie verlieren“, sagt Deuss dazu. Weil die Wellen in den LLSVPs sehr wenig Dämpfung aufweisen, müssen diese demnach aus viel größeren Körnern bestehen, was weniger Grenzübergängen entspricht. Zudem seien sie heißer als ihre Umgebung und mindestens eine halbe Milliarde Jahre alt, vielleicht auch älter – eine lange Zeit, auch für griechische Götter. ■