War die antike Erde eine Wasserwelt?

Ein runder Planet bedeckt mit blauem Ozean mit weißen Wolken, in einem Sternenfeld.

Künstlerisches Konzept eines Wasserweltplaneten. Bild überSci-News.com.


Wissenschaftler vermuten, dass einigeExoplaneten– Welten, die um ferne Sonnen kreisen – könnten Wasserwelten sein, Gesteinsplaneten, die vollständig von globalen Ozeanen bedeckt sind. In diesem Monat veröffentlichte ein Forscher der Harvard University neue Beweise dafür, dass die Erde selbst einst eine Wasserwelt war, mit einem eigenen globalen Ozean und sehr wenig, wenn überhaupt, sichtbarem Land. PlanetenwissenschaftlerJunjie Dongin Harvard ist Hauptautor des neuen Papiers, das sich auf die Menge an Wasser konzentriert, die in der Erde vorhanden istMantel, die Gesteinsschicht zwischen denKrusteund Kern. Diese Ergebnisse warenveröffentlichtam 9. März 2021, impeer-reviewedTagebuchAGU-Fortschritte.

Sie haben wahrscheinlich in der Schule gelernt, dass der Wasserkreislauf der Erde die kontinuierliche Bewegung von Wasser ist: von der Verdunstung an der Meeresoberfläche bis zur Atmosphäre – bis hin zu fallendem Regen, der Flüsse und Seen füllt, zu Gletschern, Polkappen und unterirdischen Stauseen beiträgt – und oft viel später auf einer menschlichen Zeitskala wieder in den Ozeanen landet. Aber wir denken nicht so oft an die wichtige Rolle des Wassers inProzesse unter der Erde. Zum Beispiel Wassergehalt inMagmabestimmt, wie explosiv ein Vulkan sein kann, und Wasser spielt dabei eine wichtige RolleBildung und Migrationvon Erdöl.


Meerwasser sickert auch in die ozeanische Kruste. Dort hydratisiert esMagmatische Gesteine, um sie in das zu verwandeln, was genannt wirdwasserhaltige Mineralien. In dieser Form wird Wasser weiter nach unten in den Mantel getragen. Dongs Papier erklärte die Denkprozesse seines Teams, um zu dem Schluss zu kommen, dass die Erde einst eine Wasserwelt war:

An der Erdoberfläche befindet sich der größte Teil des Wassers in den Ozeanen, während im Inneren die wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien erhebliche Mengen an Wasser aufnehmen können … Die Wassermenge, die in den Erdmantelmineralien gelöst werden kann, wird alsWasserspeicherkapazität, nimmt im Allgemeinen bei höheren Temperaturen ab. Über Zeitskalen von Milliarden Jahren kann der Austausch von Wasser zwischen dem Erdinneren und der Oberfläche die Volumenänderung der Oberflächenozeane steuern.

Hier haben wir die Wasserspeicherkapazität im festen Erdmantel als Funktion der Manteltemperatur berechnet. Wir stellen fest, dass die Wasserspeicherkapazität in einem heißen, frühen Erdmantel möglicherweise geringer war als die Wassermenge, die der Erdmantel derzeit enthält, so dass das zusätzliche Wasser im heutigen Erdmantel auf der Oberfläche der frühen Erde gelegen und größere Ozeane gebildet hätte.

Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die lang gehegte Annahme, dass das Volumen der Oberflächenozeane über die geologische Zeit hinweg nahezu konstant geblieben ist, möglicherweise neu bewertet werden muss.




Die Erde aus dem Weltraum zeigt den Atlantischen Ozean, Südamerika und einen Teil von Afrika.

Heute sind etwa 71 % der Erdoberfläche von Wasser bedeckt. Aber vor ein paar Milliarden Jahren war möglicherweise wenig bis gar kein Oberflächenland sichtbar. Bild über USGS/Michigan Technological University.

Tief unter der Erde wird heute Wasser in zwei Hochdruckformen des vulkanischen Minerals gespeichertOlivin: wasserhaltigWadsleyitundRingholzit. Es wird angenommen, dass das Wasser in Form vonHydroxylgruppeVerbindungen, die aus Sauerstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Das Wissen über die Speicherkapazitäten dieser Mineralien beruhte bisher auf den hohen Temperaturen und Drücken im Inneren des Erdmantels unserer heutigen Erde. Aber Dong wollte noch einen Schritt weiter gehen und die Speicherkapazität über einen breiteren Temperaturbereich herausfinden. Wieso den? Denn als die Erde jünger war, war der Erdmantel deutlich heißer als heute, was bedeutet, dass er weniger Speicherkapazität für Wasser hatte als heute. Die Ergebnisse zeigten, dass diese beiden Mineralien bei höheren Temperaturen eine geringere Speicherkapazität für Wasser haben. Wenn der Mantel nicht so viel Wasser aufnehmen konnte, wohin ging das Wasser dann? Die Oberfläche, sagte Dong:

Das deutet darauf hin, dass das Wasser woanders gewesen sein muss. Und das wahrscheinlichste Reservoir ist die Oberfläche.


Auch die Speicherkapazität des Mantels begann im Laufe der Zeit aufgrund der aus dem Magma kristallisierten Olivinmineralien zuzunehmen.

Wie im Papier vermerkt:

Die Wasserspeicherkapazität des festen Erdmantels wurde aufgrund der temperaturabhängigen Speicherkapazität der Minerale durch die säkulare Abkühlung erheblich beeinflusst. Die Wasserspeicherkapazität des Mantels beträgt heute das 1,86- bis 4,41-fache der modernen Meeresoberfläche.

Was bedeutet das genau?


Es deutet darauf hin, dass der größte Teil des Wassers der Erde zu dieser Zeit, während derArchäisches Äonvor 2,5 bis 4 Milliarden Jahren, mit viel weniger im Mantel. Die Oberfläche des Planeten könnte praktisch vollständig von Wasser bedeckt gewesen sein, ohne jegliche Landmassen.

Lächelnder junger Mann mit Brille und Mütze auf dem Kopf.

Die neue Forschung wurde von Junjie Dong von der Harvard University geleitet. Bild überHarvard Universität.

Aber wo ist dann all das überschüssige Wasser geblieben? Ein Großteil davon sickerte wahrscheinlich in den Mantel ein, als die Speicherkapazität des Mantels zuzunehmen begann, als die Temperaturen im Inneren des Mantels allmählich abkühlten. Dieser Prozess hat sich fortgesetzt, bis die Wassermenge an der Oberfläche – in allen Ozeanen, Meeren und Seen – übrig war, die wir heute sehen. Während Wasser laut der neuen Studie einst mindestens fast 100 % der Erdoberfläche bedeckte, bedeckt es heute nur noch 71 %.

Es gab auch einvorherige Studieaus dem letzten Jahr, die darauf hindeuteten, dass die Erde vor 3,2 Milliarden Jahren viel weniger Land hatte als heute. Diese Ergebnisse basierten auf einer Fülle bestimmter Sauerstoffisotope, die in geologischen Aufzeichnungen des frühen Ozeans erhalten waren.

Diese neuen Ergebnisse geben nicht nur einen Einblick in die frühere Wasserwelt der Erde, sondern haben auch Auswirkungen auf andere Wasserwelten unseres Sonnensystems wie Europa, Enceladus und andere Ozeanmonde. Diese Monde unterscheiden sich jedoch von der Erde darin, dass ihre globalen Ozeane von Eiskrusten bedeckt sind. In vielerlei Hinsicht ähneln sie den eisbedeckten Ozeanumgebungen an den Polen der Erde.

In unserem Sonnensystem sind mehrere solcher Ozeanmonde bekannt. Sogar einige Zwergplaneten wie Ceres und Pluto hatten unterirdische Ozeane und können es heute noch tun. Wie viele Monde gibt es, wenn Tausende von Exoplaneten entdeckt wurden und die allein in unserer Galaxie auf Milliarden geschätzt werden? Wahrscheinlich mehr, als wir im Moment leicht zählen können, und wenn unser Sonnensystem ein Hinweis darauf ist, könnten viele dieser Monde auch Ozeanwelten sein.

Andere Beweise deuten auf die wahrscheinliche Existenz vonviele andere Ozeanwelten(Planeten) ebenso, solche wie die Erde, als sie von Wasser bedeckt war. Wie bewohnbar sie sind, ist noch unbekannt und wir werden nicht viel mehr wissen, bis wir hoffentlich einen finden.

Mond mit vielen braunen Rissen auf seiner glatten, hellen, hellen Oberfläche.

Es gibt immer mehr Hinweise auf andere Wasserwelten in unserer Galaxie, und wir haben auch einige in unserem eigenen Sonnensystem: Monde wie Europa (oben), Enceladus und andere, deren globale Ozeane von einer Eiskruste bedeckt sind. Bild über die NASA/JPL-Caltech/ SETI-Institut.

Allein der Gedanke an Millionen oder mehr Ozeanwelten in unserer Galaxie, sowohl Planeten als auch Monde, ist aufregend. Mehr über die wässrige Vergangenheit unseres eigenen Planeten zu erfahren, wird Wissenschaftlern helfen, einige von ihnen zu finden und vielleicht sogar Beweise für außerirdisches Wasserleben zu entdecken.

Es gibt auch Auswirkungen aufwie das Leben auf der Erde begann, wie Paul Voosen in schreibtWissenschaft. Einige Wissenschaftler glauben, dass es in nährstoffreichen hydrothermalen Quellen auf dem Meeresboden begann. Aber andere Theorien schlagen flache Wasserbecken auf trockenem Land vor, die häufig verdunsten und ein konzentriertes Bad aus Chemikalien bilden. Ein globaler Ozean ist für beide Szenarien problematisch. Es hätte verdünnt werden müssenBiomoleküleim Ozean selbst und machte auch die flachen Pools unwahrscheinlich, da das gesamte oder der größte Teil des Landes unter Wasser gewesen wäre.Thomas Carell, Biochemiker an der Ludwig-Maximilians-Universität München, bietet eine andere Möglichkeit: wässrige Taschen in ozeanischen Gesteinen, die in Vulkangestein die Oberfläche durchbrochen habenSeeberge. Er sagte:

Vielleicht hatten wir kleine Höhlen, in denen sich alles abgespielt hat.

Fazit: Neue Beweise aus Harvard deuten darauf hin, dass die Erde vor einigen Milliarden Jahren eine echte Wasserwelt war, vollständig von einem globalen Ozean bedeckt, mit wenig oder überhaupt sichtbarem Land.

Quelle: Begrenzung des Volumens der frühen Ozeane der Erde durch ein temperaturabhängiges Mantelwasserspeicherkapazitätsmodell

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