#Spuren des Mond-bildenden Einschlags im Erdmantel

Tiefe Spuren der urzeitlichen Mega-Karambolage? Bekannte Dichte-Anomalien im Erdinneren könnten Überreste des Himmelskörpers sein, nach dessen Einschlag in die Urerde sich der Mond gebildet hat. Dies geht aus neuen Simulationen der Dynamiken und Mischungsprozesse bei der vermuteten Kollision vor etwa 4,5 Milliarden Jahren hervor. Die Ergebnisse werfen damit Licht auf die Ursachen der inneren Erdstrukturen sowie auf die frühen Entwicklungsprozesse im Sonnensystem, sagen die Wissenschaftler.

Wie ist der Begleiter unseres Heimatplaneten entstanden? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon seit Generationen. Mittlerweile hat sich dabei eine bombastische Entstehungsgeschichte als die vorherrschende Theorie etabliert: Demnach formte sich der Mond aus Trümmermaterial, das vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bei der Kollision der Urerde „Gaia“ mit einem marsgroßen Protoplaneten namens „Theia“ entstanden war. Die Annahmen basieren dabei auf Modellsimulationen der Prozesse, die bei dem gigantischen Zusammenstoß und in seiner Folge aufgetreten sein könnten. Noch immer gibt es allerdings einige unklare Aspekte zu dieser Einschlagstheorie und Überbleibsel von Theia sind nicht bekannt. Bisher haben sich frühere Forschungen meist auch auf die Entstehung der Trümmerscheibe konzentriert – dem Vorläufer-Material des Mondes. Die Auswirkungen der Riesenkollision auf die frühe Erde wurden hingegen weniger beachtet.

Wie prägte die Kollision die Erde?

Diesem Thema hat sich nun ein internationales Team um Qian Yuan von der Arizona State University in Tempe gewidmet. Die Wissenschaftler gingen dabei der Frage nach, wie die Kollision zu bestimmten Verteilungen des Materials beider Partner in der neu gestalteten Erde geführt haben könnte. Konkret standen bekannte Dichte-Anomalien im Erdinneren in ihrem Fokus, deren Ursache bisher als mysteriös gilt. Es handelt sich dabei um die beiden sogenannten Large Low Velocity Provinces (LLVPs), die sich über Tausende von Kilometern an der Basis des Erdmantels erstrecken. Eine befindet sich unter der afrikanischen und die andere unter der pazifischen tektonischen Platte. Aus früheren seismischen Untersuchungen ging hervor, dass es sich um Ansammlungen von Material handelt, das auffallend dichter als das umliegende Gestein ist.

Die Wissenschaftler gingen nun der Vermutung nach, dass es sich bei den LLVPs um Überreste des Materials des eingeschlagenen Himmelskörpers Theia handeln könnte. Sie entwickelten dazu komplexe Modellsimulationen, die dynamische Prozesse nach dem Einschlag aufzeigen. Das Ziel war dabei, nachvollziehbar zu machen, was mit bestimmten Bestandteilen der Kollisionspartner passiert sein könnte. Die Forscher implementierten dazu Hinweise darauf, dass das Mantelmaterial von Theia etwas eisenreicher und damit schwerer war als das der Urerde Gaia.

Abgesunkene Überbleibsel von Theia

Wie das Team berichtet, ging aus ihren Modellsimulationen nun hervor: Erhebliche Menge des Theia-Materials könnten tatsächlich in den unteren Mantel von Gaia gelangt sein. Konkret zeichnet sich ab, dass die Kollision zu vielen geschmolzenen Theia-Klumpen mit einem Durchmesser von mehreren Dutzend Kilometern geführt hat. Durch ihre vergleichsweise hohe Dichte sanken sie anschließend langsam im festen Mantel aus Gaia-Material ab. Am Ende vereinigten sie sich dann im Bereich der Übergangszone zum Erdkern und bildeten dadurch die weiträumigen LLVPs, legen die Ergebnisse der geodynamischen Modellsimulationen nahe.

Diese Gebilde blieben dann von den weiteren geologischen Entwicklungen der Erde weitgehend verschont und haben deshalb bis heute überdauert, erklären die Wissenschaftler. Mit anderen Worten: Bei den bisher mysteriösen LLVPs könnte es sich um Überreste Theias handeln und damit um noch konkrete Spuren der gewaltigen Kollision, die zur Entstehung unseres Mondes führte.

Die Ergebnisse beleuchten damit die Entwicklungsgeschichte unseres Heimatsystems – und darüber hinaus, betont das Team abschließend: „Da Rieseneinschläge in den Endstadien der Planetenbildung häufig vorkommen, könnten ähnliche, durch Kollisionen verursachte Mantelheterogenitäten auch im Inneren anderer planetarer Körper entstanden sein“, schreiben Yuan und seine Kollegen.

Quelle: Chinese Academy of Sciences, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-023-06589-1

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