Mehr als 70 Prozent der Oberfläche unseres „blauen Planeten“ sind von Ozeanen bedeckt. Doch woher stammt das Wasser? Bisherige Theorien gingen davon aus, dass Asteroiden, die in der Erdfrühzeit unseren Planeten trafen, das Wasser mitbrachten. Neue Analysen deuten nun darauf hin, dass auch die Sonne zur Entstehung des Wassers auf der Erde beigetragen hat. Demnach können geladene Wasserstoffteilchen aus Sonnenwinden Sauerstoff aus Staubkörnern im Weltall herauslösen und damit Wassermoleküle bilden. Sie könnten dann mit Weltraumstaub auf die junge Erde gelangt sein.
Die Ursprünge unseres irdischen Wassers liegen im Weltall – so viel ist Wissenschaftlern schon lange klar. Doch woher genau das Wasser stammt, war bislang zumindest in Teilen noch rätselhaft. Der bisherigen Theorie zufolge gelangte es in der Endphase der Erdentstehung vor 4,6 Milliarden Jahren mit sogenannten Typ-C-Asteroiden auf die Erde, die neben Kohlenstoff auch Wasser enthalten. Doch Studien zeigen, dass das Wasser auf der Erde eine etwas andere Zusammensetzung hat als das der Typ-C-Asteroiden: Das Asteroiden-Wasser enthält etwas mehr von dem schweren Wasserstoff-Isotop Deuterium als das Wasser auf der Erde. Ein Teil unseres Wassers stammt demnach tatsächlich von Typ-C-Asteroiden, es muss aber zusätzlich noch eine weitere Quelle geben.
Untersuchungen eines Asteroiden
Diese Quelle hat ein Team um Luke Daly von der University of Glasgow nun womöglich identifiziert. „Unsere Forschungen deuten darauf hin, dass der Sonnenwind Wasser auf der Oberfläche winziger Staubkörner erzeugte und dieses isotopisch leichtere Wasser wahrscheinlich den Rest des Wassers auf der Erde lieferte“, sagt Co-Autor Phillip Bland von der Curtin University in Perth, Australien. Der Weltraumstaub fiel demnach kurz nach der Entstehung unseres Planeten auf die Erde und brachte das enthaltene Wasser mit.
Daly und seine Kollegen untersuchten Proben einer anderen Art von Asteroid, einem sogenannten S-Typ-Asteroiden, der näher an der Sonne kreist als C-Typ-Asteroiden und vorwiegend das Mineral Silikat enthält. Die Proben wurden von einer japanischen Raumsonde vom Asteroiden Itokawa gesammelt und 2010 zur Erde gebracht. Mit Hilfe einer Technik namens Atomsondentomografie konnten die Forscher die atomare Struktur der Probe Atom für Atom vermessen und so einzelne Wassermoleküle aufspüren. „Die Atomsonden-Tomographie ermöglicht uns einen unglaublich detaillierten Blick in die ersten 50 Nanometer der Oberfläche der Staubkörner auf Itokawa. So konnten wir sehen, dass dieses Fragment des weltraumverwitterten Rands genügend Wasser enthält. Wenn man es hochrechnet, würde das Wasser etwa 20 Liter pro Kubikmeter Gestein ausmachen.“
Wie Sonnenwinde Wasser erzeugen
Daly erklärt: „Die Sonnenwinde sind Ströme von Wasserstoff- und Helium-Ionen, die ständig von der Sonne in den Weltraum hinausfließen. Wenn diese Wasserstoffionen auf eine luftlose Oberfläche wie einen Asteroiden oder ein Staubkorn im Weltraum treffen, dringen sie einige zehn Nanometer tief in die Oberfläche ein, wo sie die chemische Zusammensetzung des Gesteins beeinflussen können. Im Laufe der Zeit kann die Weltraumverwitterung durch die Wasserstoffionen genügend Sauerstoffatome aus den Materialien des Gesteins herauslösen, um Wasser zu bilden, das in den Mineralien des Asteroiden eingeschlossen ist.“
Eine entscheidende Erkenntnis der Forscher ist, dass dieses aus dem Sonnenwind stammende Wasser aus dem frühen Sonnensystem isotopisch leicht ist. „Das deutet stark darauf hin, dass feinkörniger Staub, der vom Sonnenwind aufgewirbelt und vor Milliarden von Jahren in die sich bildende Erde gezogen wurde, die Quelle des fehlenden Wasserreservoirs des Planeten sein könnte“, so Daly.
Wasserquelle auf Weltraummissionen?
Die Ergebnisse von Daly und seinen Kollegen geben nicht nur einen Einblick in die Frühzeit unserer Erde, sondern könnten womöglich auch für zukünftige Weltraummissionen von Bedeutung sein. „Eines der Probleme bei der künftigen Erforschung des Weltraums durch den Menschen ist die Frage, wie die Astronauten genug Wasser finden können, um am Leben zu bleiben und ihre Aufgaben zu erfüllen, ohne es auf ihrer Reise mit sich führen zu müssen“, sagt Co-Autorin Hope Ishii von der University of Hawaii at Mānoa, Honolulu.
„Wir halten die Annahme für begründet, dass der gleiche Verwitterungsprozess, der das Wasser auf Itokawa hervorbrachte, bis zu einem gewissen Grad auch auf vielen luftlosen Welten wie dem Mond oder dem Asteroiden Vesta stattgefunden hat. Das könnte bedeuten, dass Weltraumforscher durchaus in der Lage sein könnten, frische Wasservorräte direkt aus dem Staub auf der Planetenoberfläche zu gewinnen. Es ist ein spannender Gedanke, dass die Prozesse, die die Planeten geformt haben, dazu beitragen könnten, menschliches Leben jenseits der Erde zu unterstützen.“
Quelle: Luke Daly (University of Glasgow, UK) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-021-01487-w
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