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Woher kommt unser Wasser?

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  • Woher kommt unser Wasser?

    Als unser Sonnensytem entstanden ist, wurden alle leichten Elemente, die nicht direkt von der Sonne eingefangen wurden mit Beginn der Sonnenwinde in die äußeren Bereiche des Sonnensystems verblasen, wo sie die Gasplaneten bildeten. Wasserstoff ist ja das leichteste Element überhaupt. Es müsste also auf jeden Fall verblasen werden. Selbst, wenn es damals bereits mit Sauerstoff zu Wasser verbunden gewesen war, waren die Bedingungen auf der jungen Erde doch so, dass es gasförmig gewesen sein muss. Die Temperaturen waren wohl auch zu hoch, um es in Mineralen zu binden, die noch dazu nicht einmal auskristallisiert waren und auch die Druckbedingungen dürften wohl kaum ausgereicht haben, um eine Ausgasung zu verhindern. Ebenso dürfte die gravitative Trennung der Erde in den schweren Kern und die nach oben hin immer leichteren weiteren Sphären recht schnell von statten gegangen sein. Auch verfügte die Erde damals noch nicht über ein Magnetfeld, das der Wirkung der Sonnenwinde entgegenwirken hätte können. Demnach müsste also alles Wasser, das wir heute haben erst durch Meteoriten eingetragen worden sein, und wie sich Zeit, gibt es auch heute noch zahlreiche Meteorite, die Wasser auf die Erde bringen.

    Nun endet aber auch schon die schöne Stimmigkeit der Theorie. Ohne Wasser wäre die Plattentektonik nie in Gang gekommen und erst mit einer funktionierenden Plattentektonik wäre die Erde in der Lage gewesen ein Schutzschild zu errichten, dass vor der Verblasung schützt. Dazu hätte aber das Wasser erstmal in große Tiefen von um die 400 km gelangen müssen. Heute geschieht dies in den Subduktionszonen der Ozeane. Wo wassergesättigtes Gestein bis in die Asthenosphäre transportiert wird. Zu schnelle Entgasung wird dabei durch die aufliegende Lithosphäre verhindert, da das Wasser dort lediglich entlang von Spalten transportiert werden kann. Diese Lithosphäre war auf der jungen Erde aber noch nicht vorhanden, was bedeutet, dass das Wasser zu schnell wieder entwichen wäre. Theoretisch mögliche, fast reine Wassermeteoriten wären von ihrer Viskosität her nicht in der Lage, tief genug einzudringen, egal, wie schnell sie wären.

    Die Wissenschaft ist heute noch nicht in der Lage, dieses Problem zu lösen. Ein möglicher Ansatz, wie ich ihn mir vorstelle, wäre der, dass es damals wohl noch riesige Planetisimale im All gegeben haben muss, was ja nicht unmöglich ist. Immerhin sind ja die inneren Planeten dadurch entstanden, dass sich die Planetisimale zusammengeballt haben. Nun müsste ein solcher Planetisimal folgende Eigenschaften haben: Er müsste groß genug sein, um einer zu raschen Aufschmelzung in der noch heißen Erde entgegenzuwirken und er müsste reichlich Wasser in sich bergen, entweder direkt gebunden in den Mineralen, oder als Kluft- bzw Hohlraumwasser. Wenn einige davon an den richtigen Stellen nun über die Zeit verteilt ihr Wasser abgeben würden, könnte es ausgereicht haben, um die Plattentektonik in Gang zu bringen.
    Aber auch hier ergibt sich ein Problem: Wie kommt das Wasser in die Planetisimale? Das funtioniert einigermaßen vernünftig nur dann, wenn es sich bereits um Bruchstücke eines bereits vergangenen Planeten handelt, was das Problem aber nur verlagern würde.

    Besser passen würde wohl die Lösung, dass die Erde bereits teilweise erstarrt gewesen sein muss. Solange die Hitze noch groß genug war, konnte die Konvektion auch ohne Wasser funktionieren, da der geothermische Gradient damals noch groß genug war, um das Gestein über den Solidus zu bringen (heute wäre das ohne Wasser ja nicht mehr der Fall). Durch eine noch nicht ganz so dicke Kruste könnten noch zahlreiche Meteoriten eingedrungen sein und so eine gewisse menge an Wasser dort induziert haben.
    Allerdings ist die Sache nun die, dass die Kruste früher dicker war, als heute. Durch die größere Hitze kam es nämlich zu einer stärkeren Schmelzdifferenziation und somit zu einer erhöhten Bildung von Krustenmaterial (im wesentlichen Granite). Dies bezieht sich freilich nicht auf die gesamte lithosphäre, von der die Kruste ja nur ein Teil ist. Dennoch müsste aber eine gehörige Menge Wasser in der relativ kurzen Periode eingedrungen sein, in der die Lithosphäre noch nicht dick genug war, um ein Durchdringen zu verhindern. Nach Ansicht einiger Forscher war die Zeit aber zu gering. So gab es mit Sicherheit schon vor 4 Mrd a eine funtionierende Plattentektonik, eventuell sogar schon vor 4,2 Mrd a. Wie viel Zeit bleibt da noch, wenn sich die Erde ja zunächst erstmal abkühlen musste, um überhaut erstmal fest genug zu sein, um das Wasser zu halten?

    Vielleicht sieht ja jemand eine Lösung, die bisher noch niemand gesehen hat...?
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  • #2
    Ich sehe da kein Problem.

    Zuerst wird die Sonne geboren. Heftige Sonnenwinde, die Gase werde nin die äußeren Regionen des Sonnensystems geblasen. So weit, so gut.

    Nun aber lassen die Sonnenwinde nach, und die Planeten bilden sich nach und nach. Immer mehr Planetisimale verbinden sich zu einem großen, massreichen Planeten.

    Da dieser Planet eine große Schwerkraft hat, kann er Gase jeglicher Art auf seiner Oberfläche halten.

    Wenn nun ein Wasserhaltiger Meteorit oder Komet aus den äußeren Regionen des Sonnensystems auf diesen Palneten aufschlägt, verdampft das Wasser. Aufgrund der schwächeren Sonnenwinde und der Schwerkraft des Planeten wird das Wasser gehalten. Wo ist das Problem? Das Plattentektonik notwendig ist, um ein Magentschutzschild zu errichten, ist AFAIK falsch. Mann braucht dazu einen flüssigen Kern - und den hatte die Erde als vollkommen flüssiger Planet ja nun wahrhaft aufzuweisen...

    Jedenfalls haben wir jetzt eine immer noch flüssige Erde, die aber Wasserdampf halten kann. Andere Gase strömen ebenfalls aus, CO2 z.B.
    Dadurch wird der Druck der Atmosphäre erhöht. Schließlich ist die Atmosphäre so weit angereichert, dass das Wasser kondensiert. Der erste Regen fällt. Der verdampft zwar sofort wieder auf der flüssigen Erde, aber dann fällt er halt erneut herunter. Irgendwann bilden sich auf der noch sehr dünnen Erdkruste erste Seen, und manchmal bricht die dünne Kruste auf, und riesige Wassermassen brechen ins Erdinnere. Das meiste davon verdampft sofort wieder und bildet neuen "Regennachschub". Aber ein gewisser Teil des Wassers verbleibt im Erdinneren. So haben wir Wasser im inneren des Planeten, die Kontinentalverschiebung kann beginnen.
    Also noch mal: Wo ist das Problem?
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    • #3
      Nun, ich sehe das so. Die entscheidende falsche Annahme in deiner Aufstellung ist, dass die frühe Erde ihr Wasser nicht halten konnte. Klar gab es einen Sonnenwind, aber die Sonne schien zu diesem Zeitpunkt 30% (!) schwächer als heute. Selbst heute gelingt es der Erde ja, ihr Wasser (mehr oder weniger) zu behalten. Das Wasser auf der Erde war wohl zuerst vornehmlich gasförmig, da es noch zu heiss für Ozeane war. Einige vermuten jedoch, dass bereits zur Zeit des grossen Bombardements ein Wasserozean auf der Erde existiert hat, der dann gelegentlich wieder verdampft und erneut kondensiert ist. Dazu kam das Wasser der "Wasserasteroiden" (die nichts anderes als Kometen sind) welche das verlorene Wasser während des Bombardements stetig wieder "auffüllten". Das Wasser war aber zu diesem frühen Zeitpunkt sowieso zweitrangig: die Atmosphäre hatte AFAIR einen CO2-Partialdruck von 50 bar.

      IMHO ist es falsch, dass die Kruste der Erde dicker war. Denn wie wäre die dickere Kruste später wieder dünner geworden, ohne bedeuten mehr Wärme? Einmal differenziert ist immer differenziert. Und die Wärme nimmt ja ab, nicht zu. Dazu kommt, dass es auf der Erde bis vor etwa 2.5 Milliarden Jahren nur sehr wenig Landmasse gab, die vornehmlich von vulkanischen Hotspotinseln (zu dieser Zeit war ja der HS-Vulkanismus viel stärker) eingenommen wurde. Schätzungen gehen von 10% Landfläche und 90% Wasserfläche aus. Erst im Verlauf des Proterozoikums bildeten sich die ersten beiden Superkontinente California und Rodinia.
      Natürlich gab es Plattentektonik: die Platten waren aber praktisch nur ozeanische. Durch den Inselbogenvulkanismus entstanden schliesslich die ersten Kontinentalmassen. Daher würde ich sagen, die Kruste war eher dünn (höhere Aufschmelzung durch höhere Temperatur ist naheliegend).
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      • #4
        Original geschrieben von LuckyGuy
        Mann braucht dazu einen flüssigen Kern - und den hatte die Erde als vollkommen flüssiger Planet ja nun wahrhaft aufzuweisen...
        Man braucht einen festen inneren Kern und einen flüssigen äußeren. Und man braucht Bewegung. Und zwar mehr, als Konvektionsbewegungen. Viele Wissenschaftler glauben heute, dass die Plattentektonik sich bis unten in den Kern auswirkt.

        Man darf auch nicht vergessen, dass auch die Erde damals noch weniger Schwerkraft hatte.

        Original geschrieben von Bynaus
        IMHO ist es falsch, dass die Kruste der Erde dicker war. Denn wie wäre die dickere Kruste später wieder dünner geworden, ohne bedeuten mehr Wärme?
        Du begehst denselben Fehler, den ich zunächst auch begangen habe. Ich habe vor einem Monat einen Vortrag an meiner Uni zu dem Thema gehörtund da wurde es eindeutig gezeigt, dass die Kruste damals dicker war. Du darfst ganz einfach nicht den Begriff Kruste mit der Lithosphäre verwechseln. Ich weiß jetzt nicht, wie gut du dich in Mineralogie schon auskennst, aber du darfst mir glauben, dass das wahr ist.

        Die anderen Inneren Planeten hatten übrigens zunächst alle ihre Atmosphäre verloren, selbst die Venus, und so sicher auch die Erde.
        Es ist also definitiv nicht so einfach,wie ihr beiden euch das vorstellt. Immerhin sind sich da selbst die führenden Wissenschaftler nicht schlüssig.
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        • #5
          Wäre nicht auch eine ungleichmäßigere Wärmeverteilung denkbar?

          Also die Kruste selbst ist dicker, wobei aber die Differenzierung in Oberfläche und Mantel noch nicht so gegeben ist. Oder daß der Erdkern zwar massig Wärme gespeichert hatte aber vor dem Beginn der Konvektion der Austausch nicht so glatt lief wie heutzutage.

          Oder diese kleinen Hotspots in Verbindung mit sehr großen deutlich kühleren Bereichen (Natürlich noch nicht fest und so, aber zumindest nicht heiß wie die Hölle )
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          • #6
            @Spocky: Dann erklär mir, wie die Kruste (die ja chemisch definiert ist) danach wieder dünner werden konnte. Es macht keinen Sinn, dass zunächst ein grösserer Teil differenziert war, der sich danach einfach wieder mit Mantelmaterial vermischte. Vor allem bei abnehmender Wärme sehe ich da Probleme...

            Ausserdem ist es (auch in der Geologie) nie richtig zu sagen: "ES IST SO!" vor allem weil es sich um Dinge handelt, die 4.5 Milliarden Jahre zurück liegen und über die bei weitem keine Eingikeit in der Fachwelt herrscht...

            Es ist auch überhaupt nicht sicher, dass alle Planeten ihre Atmosphären verloren haben, und besonders bei der Erde ist es nicht sicher. Selbst wenn die Venus ihre verloren hätte, folgt daraus nicht zwingend, dass die Erde ihre auch verlieren musste. Wenn wir die Frage, ob ein Planet seine Atmosphäre verliert, auf die Faktoren Sonnenstrahlung und Gravitation einschränken, dann braucht es eine (2/0.9)=2.2 fach stärkeren Sonnenwind um der Erde ihre Atmosphäre zu entreissen, als nötig war, um ihn der Venus zu entreissen. Beim Mars würde schon bei (2 * 0.11)=0.22 fachen Sonnenwind, der bei der Erde nötig wäre, seine Atmosphäre verlieren. Das heisst, das es durchaus sein könnte, dass Merkur, Venus und Mars ihre Atmosphären verloren, die Erde aber nicht.
            Auch sonst: wieviel macht das Wasser auf der Erde aus, in Massenanteilen? Kein Prozent wahrscheinlich, das könnte, denke ich, gut in Gesteinen gelöst gewesen sein und sukzessive differenziert und aufgestiegen sein...
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            • #7
              Original geschrieben von Bynaus
              @Spocky: Dann erklär mir, wie die Kruste (die ja chemisch definiert ist) danach wieder dünner werden konnte. Es macht keinen Sinn, dass zunächst ein grösserer Teil differenziert war, der sich danach einfach wieder mit Mantelmaterial vermischte. Vor allem bei abnehmender Wärme sehe ich da Probleme...
              Sorry, ich hatte gestern nicht genug Zeit. Also, wenn Kontinente kollidieren kommt es zur Krustenverdopplung ducrh Überschiebungen. Oft reißt dabei irgendwann der untere Teil komplett ab und wird vom Mantel wieder absorbiert. Auch dadurch wird die gesamtmenge weniger.
              Für die damalige Zeit wiederum wird vermutet, dass die Kruste zu dick war für diese Vorgänge und dass die Kruste sich quasi horizontal gespalten hat. Der obere Teil türmte sich zu Gebirgen auf und der untere Teil wurde quasi subduziert. Heute ist es so, dass sich Neubildung und Resorption die Waage halten. Damals war das wohl nicht der Fall. Es wurde mehr wieder dem Mantel hinzugefügt, als bei der abnehmenden Wärme neugebildet werden konnte.

              Original geschrieben von Bynaus
              @Auch sonst: wieviel macht das Wasser auf der Erde aus, in Massenanteilen? Kein Prozent wahrscheinlich, das könnte, denke ich, gut in Gesteinen gelöst gewesen sein und sukzessive differenziert und aufgestiegen sein...
              In den Gesteinen kann sich das Wasser nur unter bestimmten PT-Bedingungen halten und die waren damals sicher nicht gegeben. Wenn Gestein schmilzt, schmilzt es ja nicht Homogen, sondern die leichter flüchtigen Anteile gehen zuerst raus. Das ist beim Entgasen nicht anders.

              Woran genau die Wissenschaftler festmachen wollen, dass die Planeten ihre Atmosphären verloren haben, weiß ich leider nicht megr genau. Das ist zulange her, dass ichs mal gehört hab, aber ich kann mich ja nochmals versuchen kund zu tun.

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              • #8
                Also von mir kommts nicht .

                Jetzt mal ernsthaft: Ist es wirklich ein so großes Problem, das zu erklären? Vielleicht ist die Sache ja wesentlich einfacher, als man denkt. Vielleicht stammen die Wasserstoffatome ja direkt aus der Sonne und sind mit dem Sonnenwind direkt auf die Erde gekommen. Dort können sie sich ja mit Sauerstoffatomen verbunden haben, die vorher an die Minerale gebunden waren. Das sind ja wohl hauptsächlich Silikate und noch ein paar Oxide und beides enthält Sauerstoff...
                lebt lange und in Frieden
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                • #9
                  Würde das überhaupt funktionieren? Kann man die Atomen wirklich durch einen Bechuss des Gesteins wirklich gleich zu Wasser reagieren lassen?

                  Und vor allem, stößt die Sonne mit ihrem Sonnenwind auch Wasserstoff aus? Dachte, das seien nur geladene Teilchen. Wer kennst sich da aus?

                  Insgesamt klingt das für mich aber sehr weit hergeholt...
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                  • #10
                    Der Sonnenwind besteht AFAIR aus geladenen Teilchen aller Art. Viele Sterne schrumpfen sogar im Laufe ihres Lebens, weil von ihnen ein so starker Sonnenwind ausgeht. Ich bin aber der Meinung, dass der Sonnenwind viel zu schwach ist, um die Mengen Wasser hinzubringen, die sich in den Meeren der Erde befinden. Ausserdem verflüchtigt sich Wasserstoff in der Atmosphäre rasch in den Weltraum. Ich nehme nicht an, dass da viel Wasser gebunden werden konnte... Aber die Idee ist an sich interessant. Man müsste mal ausrechnen, wie stark der Sonnenwind wirklich ist.
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                    • #11
                      Re: Woher kommt unser Wasser?

                      Original geschrieben von Spocky
                      Als unser Sonnensytem entstanden ist, wurden alle leichten Elemente, die nicht direkt von der Sonne eingefangen wurden mit Beginn der Sonnenwinde in die äußeren Bereiche des Sonnensystems verblasen, wo sie die Gasplaneten bildeten...
                      Ist es nicht so, dass die Erde ebenfalls ein Gasplanet wäre, wenn die Masse genügend groß wäre. Deshalb auch Gasriese. Ist die Masse weines Planeten groß genug wird die Fluchtgeschwindigkeit so groß, das leichtere schnelle Teilchen wie Wasserstoff der Massenanziehung nicht entkommen können. Dies ist bei den Gasriesen unseres Sonnensystems der Fall.
                      Es ist ja heute noch so, dass die Geschwindikgkeit von Wasserstoffatomen ausreicht um der Erde zu entkommen, da die Masse der Erde zu gering ist. Nur größere Atome und Molekülketten konnten somit auf der Erde verweilen. Das dabei Sonnenwinde auch eine Rolle spielten, um ein paar leichtere Gasatome in ihrer Flucht von der Erde zu unterstützen ist klar. Das der Sonnenwind Wasser transportieren soll (oder Wasserstoff) halte ich für völlig abwegig. Und wenn, was nicht stimmt, würde dieser Wasserstoff eh gleich wieder entkommen.

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                      • #12
                        AFAIK haben sich die inneren Planeten ja vollkommen anders gebildet, als die äußeren. Die inneren haben sich ausschließlich dadurch gebildet, dass sich die Planetissimale zu immer größeren Brocken zusammengeschlossen haben, bis sie schließlich die heutige Größe erreicht haben. Die äußeren Planeten haben sich dagegen hauptsächlich aus den Gasen zusammengeschlossen, die vom Sonnenwind rausgeblasen wurden. Saturn zum Beispiel hat eine geringere Dichte, als Wasser. Meines Wissens wäre es auch gar nicht möglich, dass sich so nahe an der Sonne ein hinreichend großer Planet hätte entwickeln können und schon gar kein Gasriese. Die sind ja auch nicht von Anfang an so riesig, sondern müssen sich auch erst entwickeln. Schon alleine deshalb wäre es nicht gegangen, da ja die Gravitation nicht von Anfang an groß genug gewesen wäre, genug Gas zu halten, um dem Sonnenwind zu widerstehen.
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                        • #13
                          Gut, gut... Das so nah an der Sonne ein Gasriese existiert wird deshalb auch nicht möglich sein, weil die Temperatur in dieser Entfernung noch zu hoch ist.

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                          • #14
                            Der Sonnenwind transportiert auf jeden Fall Protonen. Wenn nur ein kleiner Bruchteil davon gebunden wird, (also nicht mehr in Form von Wasserstoff vorliegt) würde sich mit der Zeit eine beträchtliche Menge Wasserstoff auf der Erde sammeln, aber wie gesagt, ich zweifle daran, ob dann das wirklich genug ist, um die Meere der Erde zu erklären.

                            Es bilden sich keine Gasriesen nahe an der Sonne, weil der Sonnenwind die Gase fortbläst. Daher konnte sich im inneren Sonnensystem kein Gasriese bilden, so dass "halt eben" die terrestrischen Planeten entstanden.

                            Die vermuteten silikatischen Kerne der Gasriesen sind auch grösser als die terrestrischen Planeten (bei Jupiter vermutet man etwa 10 Erdmassen), so dass sie wohl anders entstanden sein müssen.
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                            • #15
                              Original geschrieben von Bynaus
                              Der Sonnenwind transportiert auf jeden Fall Protonen. Wenn nur ein kleiner Bruchteil davon gebunden wird, (also nicht mehr in Form von Wasserstoff vorliegt) würde sich mit der Zeit eine beträchtliche Menge Wasserstoff auf der Erde sammeln, aber wie gesagt, ich zweifle daran, ob dann das wirklich genug ist, um die Meere der Erde zu erklären.
                              Es muss ja nicht das komplette Wasser auf diese Weise auf die Erde gekommen sein. Es ist ja definitiv einiges an Wasser mit Meteoriten zu uns gekommen. Die Frage ist nur, ob am Anfang genug Protonen gefangen werden konnte, um die ausreichende Menge Wasser für die Ingangsetzung der Plattentektonik zur Verfügung zu haben.
                              Für meine Königin, die so reich wäre, wenn es sie nicht gäbe ;)
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