Sternentwicklung (2) Wie Sonne und Erde entstanden sind

Transkript

1 Sternentwicklung (2) Wie Sonne und Erde entstanden sind

2 Komplexe Systeme besitzen die Tendenz, ihre Geschichte zu vergessen Problem: Kann man aus dem Jetzt-Zustand eines physikalischen Systems auf dessen Geschichte (und Ursprung) schließen? Deduktivismus Man postuliert einen Anfangszustand und versucht dann Schritt für Schritt zum aktuellen Zustand zu gelangen. Kausal determinierter Ablauf Von de Ursache zur Wirkung Theorie der Sternentstehung + protoplanetare Scheiben Planet Aktualismus Man versucht aus dem heutigen (aktuellen) Systemzustand durch Rückinterpolation den Anfangszustand zu rekonstruieren Von der Wirkung zur Ursache Meteoriten als Zeugnisse der Frühgeschichte des Sonnensystems Bei jedem zeitlichen Geschehensablauf kann normalerweise die Information über den vorhergehenden Zustand nur noch bruchstückhaft in den darauffolgenden Zustand übertragen werden Konsequenz des Entropiesatzes

3 Jeder dieser beiden Methoden, Deduktivismus und Aktualismus, stößt bei der Erforschung der Geschichte unseres Sonnensystems an seine Grenzen. Da sie sich aber in vielerlei Hinsicht ergänzen, erweist sich ihre Kombination als sehr erfolgversprechend. Heutiger Zustand der Erde? - Wie hat er sich entwickelt (geologisch, Atmosphäre, Rotationszustand, Schwerefeld) - Gibt es Relikte aus der Vergangenheit (Mond, Mondgestein, Meteorite) - Was sagen radioaktive Elemente über die Erdgeschichte aus? Theorie protoplanetarer Scheiben - Konsequenz der Sternentstehung - vom Staub zum Planetesimal - Entstehung von Protoplaneten - Differenzierung der Stoffe im Planetenbulk - Mondimpakt - Abkühlungsgeschichte - Analogien zu den anderen terrestrischen Planeten

4 Ableitung der Chronologie des frühen Sonnensystems Die wichtigsten empirisch erfahrbaren Informationen über die Frühgeschichte des Sonnensystems hat sich in den primitiven Meteoriten (Chondrite) erhalten. Ihr Gehalt an radioaktiven Stoffen erlaubt eine absolute Altersbestimmung des Sonnensystems: Unser Sonnensystem ist vor 4,568 Milliarden Jahren entstanden

5 Ein paar zeitliche Landmarken Entstehung der Protosonne und Ausbildung einer protoplanetaren Scheibe aufgrund des Gravitationskollapses eines Teils einer interstellaren Gas- und Staubwolke Die Stoßwelle einer Supernova läßt eine große kalte Molekülwolke instabil werden, wodurch sie unter Fragmentation kollabiert, wobei sich ein Fragment unter vielen zur Protosonne entwickelt Beweise: Im CV3-Chondrit (1983 Ningqiang) konnte das Isotop 36 S nachgewiesen werden, welches beim Zerfall von 36 Cl entsteht, das nur bei Superrnova- Explosionen gebildet werden kann. Nanopartikel, die mit 54 Cr durchsetzt waren, fand man im Murchison- Meteoriten

6 Die Sonne entstand als Mitglied eines sternreichen Sternhaufens, der mindestens einen massereichen Stern (Lebensdauer unter 5 Millionen Jahre, M>25 Msonne) enthalten hat. Als sich die protoplanetare Scheibe um die Protosonne ausgebildet hatte, explodierte in lediglich 0,6 bis 1 Lj Entfernung der massereiche Stern als Supernova Typ II und penetrierte eine große Zahl kurzlebiger radioaktiver Stoffe, aber auch Uran für Kernkraftwerke, Neodym für die Energiewende-Windmühlen und Gold für Goldzähne in den solaren Urnebel. Deren spezifischen Spaltprodukte findet man heute noch im Mondgestein und Meteoriten.

7 Entstehung kilometergroßer Planetesimale, aus denen sich durch Akkretion Gesteinsplaneten bzw. die Kerne der Gasplaneten gebildet haben. Der Zeitpunkt der Entstehung der Protoplaneten läßt sich mittlerweile mit einem Fehler von ± 2 Millionen Jahre genau datieren: Mrd. Jahre

8 Beginn der beschleunigten Wachstumsphase der Planetenbildung (runaway growth) und Wachstum zu Planetenembryos mit einer Größe von ~1000 km.

9 Große Kollisionen und Etablierung der terrestrischen Planeten

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11 Ausbildung des Erdmantels, Konsolidierung des Erdkörpers Stichworte: Eisenkatastrophe mantle overturn

12 Letztes Großes Bombardement (Late Heavy Bombardment) Unter dem Einfluß der massereichen Gasplaneten (insbesondere Jupiter), die von ihrem Entstehungsort aus langsam in Richtung Sonne migrierten, gelangte im Zeitraum zwischen 4,0 und 3,8 Mrd. Jahren debris in das innere Sonnensystem und verursachte hier massive Einschläge auf der Oberfläche der gerade eine Kruste ausbildenden Planeten Mars bis Merkur sowie des Erdmondes.

13 Die ältesten irdischen Krustengesteine haben ein Alter ~3,5 Mrd. Jahre Archaische Kratone greenstone belts Archon älter 2,5 Mrd. Jahre Proton zwischen 1,6 und 2,5 Mrd. Jahre

14 Einsetzen der Plattentektonik Vor ca. 4 Mrd. Jahren entstanden viele Mikroplatten, die sich zu Großplatten formierten. Vor ziemlich genau 3,2 Mrd. Jahren setzte dann die Großplattentektonik (Rifting und Subduktion) ein ein Riesenglück für unseren Planeten!! wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs

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