Sie gehören zu den großen Helden der irdischen Ursprungserzählung: Meteoriten, die aus den Tiefen des Alls unentwegt auf die junge Erde stürzten. Unzählige Brocken, mit einer wertvollen Fracht im Gepäck: Eis. Gerade so, als hätten die kosmischen Geschosse das Wasser der Ozeane gleich mitgeliefert. Und so galt diese Vorstellung lange als eleganteste Erklärung dafür, warum unsere Erde nicht staubtrocken und lebensfeindlich durch den Kosmos fliegt wie so viele andere Gesteinswelten. Sondern wir einen blauen Planeten besiedeln.
Doch nun bekommt diese Geschichte Risse. Und ausgerechnet der staubige Mond ist es, der uns tiefe Einblicke in die irdische Vergangenheit eröffnet. Denn während unsere Erde die Spuren ihrer Kindheit durch Plattentektonik, Vulkanismus und Erosion überschrieben hat, ist der Mond seit Urzeiten nahezu unverändert geblieben. Keine wandernden Kontinente, kein Regen, kein Wind. Stattdessen eine Oberfläche, die seit Jahrmilliarden Einschläge sammelt und bewahrt.
Die Haut des Erdtrabanten ist also ein Archiv, das bis in die Frühzeit des Sonnensystems reicht. Jeder Meteorit, der den Mond traf, hinterließ Spuren im Regolith. Dieses lockere Gemisch aus Staub und Gesteinsbruchstücken hat sich im Laufe der Zeit als graue Schicht über den Himmelskörper gelegt.
Für die Forschung ein Glücksfall: Denn was einst auf den Mond einschlug, traf in ähnlicher Weise auch die Erde. Nur sind die Spuren hier unten längst verschwunden.
Alte Mondproben geben neue Einblicke
Nun haben Forschende der NASA die geologische Zeitkapsel im Erdorbit erneut unter die Lupe genommen. Als Grundlage dienten Proben, die Astronauten der Apollo-Missionen bereits vor mehr als 50 Jahren zur Erde gebracht haben. Mit modernen Analysetechniken lassen sich daraus Einsichten gewinnen, die zur Zeit ihrer Entnahme noch unerreichbar waren. Und sie geben womöglich Antwort auf die alte Frage: Wo kommt all unser Wasser her?
Im Kern geht es dabei um eine entscheidende Größe: Welcher Part des Mondbodens stammt überhaupt von Meteoriten? Und wie viel Wasser brachten diese Einschläge realistisch mit? Um dem Mondstaub diese Information zu entlocken, wählten die Forschenden einen neuen Zugang. In früheren Studien hatten Wissenschaftler versucht, den Anteil kosmischen Materials im Regolith über Spurenelemente wie Metalle zu bestimmen. Mit begrenztem Erfolg. Denn solche chemischen Marker können durch extreme Hitze, Einschläge oder spätere Umwandlungsprozesse verfälscht werden.
Die neue Studie setzt daher auf einen deutlich stabileren Fingerabdruck: Sauerstoff. Genauer gesagt auf das Verhältnis verschiedener Sauerstoff-Isotope im Mondregolith. Diese Isotopenverhältnisse gelten als ausgesprochen robust. Sie erlauben es, irdisches, lunares und von Meteoriten stammendes Material sauber voneinander zu unterscheiden.
Für die Forschenden ist das ein entscheidender Vorteil: Sauerstoff ist nicht bloß ein zentrales Element von Wasser, sondern auch in nahezu allen Gesteinen enthalten. Der Code der Isotope verrät, woher das Material stammt. Und damit auch, wie groß der Anteil wasserreicher Meteoriten tatsächlich war, die im Laufe der Zeit auf Mond – und Erde – niedergegangen sind.
Die Isotopenmessungen ergaben, dass mindestens ein Prozent der Regolith-Masse aus Material kohlenstoffreicher Meteoriten besteht. Diese kosmischen Körper verdampften beim Aufprall teilweise und hinterließen ihren chemischen Fingerabdruck im Staub. Auf Basis der bekannten Eigenschaften solcher Meteorite konnte das Team abschätzen, wie viel H2O sie ursprünglich enthielten. Und damit, wie viel Wasser sie vor Urzeiten geliefert haben könnten.
Die Geschosse lieferten nur einen Bruchteil des Wassers
Das Ergebnis der Studie fällt überraschend nüchtern aus. Selbst unter großzügigen Annahmen lässt sich aus den Mondproben nur ein sehr begrenzter Beitrag meteoritischen Wassers ableiten. Die Geschosse, die den Mond und die Erde über Jahrmilliarden bombardierten, hätten demnach nur einen kleinen Bruchteil jenes Wassers geliefert, das heute die Ozeane der Erde füllt.
Damit gerät die populäre Idee ins Wanken, die Erde habe das Gros des H₂O erst lange nach ihrer Entstehung erhalten – gewissermaßen als nachträgliche Lieferung aus dem All. Für die Forschung verschiebt sich damit der Blickwinkel: Kam das Wasser nicht überwiegend von außen, muss es andere Quellen gegeben haben. Vielleicht war also das meiste davon bereits im Baumaterial der Erde selbst enthalten.
Demnach könnte dieses Wasser bereits in winzigen Staubkörnern gebunden gewesen sein, die in der Frühzeit des Sonnensystems in der Akkretionsscheibe miteinander verklumpten. Die daraus entstehenden Planetesimale hätten es von Beginn an in sich getragen. Dieser Theorie nach entwichen flüchtige Stoffe aus dem Inneren, als die junge Erde noch weitgehend geschmolzen war. Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Stickstoff bildeten so eine frühe Atmosphäre. Die aber wurde wahrscheinlich großteils vom damals noch deutlich heftigeren Sonnenwind fortgerissen.
Doch mit fortschreitender Abkühlung des Planeten und der Ausbildung einer festen Erdkruste konnte sich eine neue Atmosphäre bilden. Vulkane spien Unmengen an Dampf aus dem Erdinneren aus. Darin enthalten: gasförmiges H2O, das in den oberen Luftschichten kondensierte. In der Folge umwehten dichte Wolken den Globus. Und es regnete. Und regnete. Monatelang. Jahrelang. Jahrtausendelang. So viele Tropfen prasselten vom Himmel, dass sie schließlich Ozeane füllten.
Jene Meere, in denen später das Leben entstehen sollte. Und die unsere Erde bis heute zu einem blauen Planeten machen.
