Indem sie die heftigen Bedingungen zur Entstehungszeit der Erde nachbilden, erfahren Wissenschaftler mehr darüber, wie Eisen verdampft und wie der Eisenregen die Entstehung von Erde und Mond beeinflusste. Die Studie wurde am 2. März 2015 im Journal Nature Geoscience veröffentlicht.
„Wir beschäftigen uns mit der Verdampfung von Eisen, weil es entscheidend dafür ist zu erfahren, wie der Kern der Erde wuchs“, sagte Co-Autorin Sarah Stewart, Professorin für Erd- und Planetenforschung an der University of California in Davis.
Schock und Freisetzung
Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory, des Sandia National Laboratory, der Harvard University und der UC Davis nutzen eine der stärksten Strahlungsquellen weltweit (die Z-Machine des Sandia National Laboratory), um die Bedingungen nachzubilden, die zur Entstehung der Erde führten. In der Maschine setzten sie Eisenproben hohen Druckverhältnissen aus, indem sie Aluminiumscheiben mit extrem hohen Geschwindigkeiten auf die Eisenproben prallen ließen. Die Forscher entwickelten eine neue Schockwellentechnik, um die entscheidenden Einschlagsbedingungen zu bestimmen, die erforderlich waren, um das Eisen zu verdampfen.
Sie stellten fest, dass der für die Verdampfung von Eisen notwendige Schockwellendruck viel geringer war als erwartet. Das bedeutet, dass bei der Entstehung der Erde mehr Eisen verdampft wurde als bislang angenommen.
Eisenregen
Der leitende Autor Richard Kraus, ein früherer Doktorand von Stewart an der Harvard University, ist jetzt als Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory tätig. Er sagte, die Ergebnisse könnten die Art und Weise verändern, wie Planetenforscher über die Prozesse und den Zeitablauf bei der Bildung des Erdkerns nachdenken.
„Das Eisen in den kollidierenden Objekten sinkt nicht direkt hinab zum wachsenden Kern der Erde, sondern wird verdampft und in einer Dampfwolke über die Oberfläche verteilt“, sagte Kraus. „Das hat zur Folge, dass sich das Eisen viel leichter mit dem Erdmantel vermischen kann.“
Nach der Abkühlung wäre der Dampf in einen Eisenregen auskondensiert, der sich mit dem immer noch geschmolzenen Erdmantel vermischt hätte.
Zum Mond
Dieser Prozess könnte auch erklären, warum es dem Mond, von dem man annimmt, dass er bis zu dieser Zeitperiode bereits entstanden war, an eisenreichem Material fehlt, obwohl er vergleichbar heftigen Kollisionen ausgesetzt war. Die Autoren vermuten, dass die geringere Schwerkraft des Mondes ihn daran gehindert haben könnte, den Großteil des verdampften Eisens zu bewahren.
Die Forschungsarbeit wurde im Rahmen des Sandia Z Fundamental Science Program durchgeführt und von der National Nuclear Security Administration des US-Energieministeriums unterstützt.
(THK)
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