Die Entstehung der Erde

Transkript

1 Die Entstehung der Erde oder Was Meteorite uns über die Geburt der Erde verraten Maria Schönbächler Erdwissenschaften - ETH Zürich

2 Überblick n Meteorite und die Entstehung des Sonnensystems n Kernbildung in Asteroiden (kleine planetare Körper) n Kernbildung und Entstehung der Erde n Zusammenfassung Asteroid Vesta Maria Schönbächler, ETH Zürich Images: credit NASA

3 NASA Seit der 26. Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union im August 2006 in Prag: Pluto Zwergplanet Unser Sonnensystem Terrestrische Planeten Gasriesen

4 Pluto mit Mond Charon Vor 2015 Maria Schönbächler, ETH Zürich

5 Pluto mit Mond Charon (New Horizons 2015) Gestartet Zwergplanet Pluto Maria Schönbächler, ETH Zürich Mond Charon (Grössenverhältnisse nicht korrekt)

6 Pluto mit Mond Charon (New Horizons 2015) High Resolution

7 Unser Sonnensystem Terrestrische Planeten Gasriesen Maria Schönbächler, ETH Zürich

8 Unser Sonnensystem Terrestrische Planeten Gasriesen Komet Hale-Bopp, März 1997 Kometen kommen überwiegend aus dem äusseren Sonnensystem jenseits von Neptun

9 Die Entstehung des Sonnensystems NASA Orion Nebel

10 Die Entstehung des Sonnensystems Artist s concept Maria Schönbächler, ETH Zürich

11 Die Entstehung des Sonnensystems Artist s concept Alma Teleskop Chile 2014: HL Tauri

12 Die Entstehung des Sonnensystems Artist s concept Maria Schönbächler, ETH Zürich

13 Die Entstehung des Sonnensystems Meteorite 4.57 Mrd. J. Radioaktive Nuklide Artist s concept Maria Schönbächler, ETH Zürich

14 Was sind Meteorite?

15 Was sind Meteorite? Steine, die vom Himmel fielen Aufnahme des Meteors, der am 15. März 2015 über der Schweiz gesichtet wurde. (Bild: Hermann Koberger von Österreich aus)

16 Maria Schönbächler, ETH Zürich Was sind Meteorite? Steine, die vom Himmel fielen 14. Feb Rauchspur des Meteors nahe Tscheljabinsk, Russland

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18 Tscheljabinsk, Russland Maria Schönbächler, ETH Zürich

19 Tscheljabinsk, Russland Einschlagsloch im Eis des Sees Tschebarkul Explosion des Meteors (Feuerball) Druckwelle verursachte Hauptschäden: Zerbrochene Fensterscheiben etc. Meteorite wurden entlang der Trajektorie gefunden Energie freigesetzt: 40 x Hiroshima Atombombe (~ 500 kt TNT) Maria Schönbächler, ETH Zürich

20 Tscheljabinsk, Russland 570 kg Meteorite Glasschäden

21 Woher kommen die meisten Meteorite? Der Asteroidengürtel Jupiters starkes Gravitationsfeld verhinderte die Bildung eines Planeten. Ursprüngliche Bausteine der Planeten blieben erhalten. Fenster zurück zur Entstehung des Sonnensystems Lieferung zur Erde à Gratis à Meteorite

22 Maria Schönbächler, ETH Zürich Wie sehen Meteorite aus? R. Pelisson, SaharaMet

23 Wie sehen Meteorite aus? Öffentliche Ausstellung: focusterra Sonneggstrasse Zürich Wieso haben sie eine schwarze Kruste? R. Pelisson, SaharaMet Oberste Schicht ist aufgeschmolzen worden durch Aufheizung in der Atmosphäre. à Schwarzes Glas hat sich durch schnelle Abkühlung gebildet.

24 Wie sehen Meteorite aus? R. Pelisson, SaharaMet Widmanstätten Struktur Steine (Silikate) Stein-Eisen Eisen (Fe-Ni Metall) Smithsonian Institution

25 Meteorite von Asteroiden mit Eisenkern University of Chigago Stein Stein-Eisen Eisen Smithsonian Institution

26 Maria Schönbächler, ETH Zürich Chondrite: Kosmische Sedimente Metall Silikate Ansammlung von Material aus dem solaren Nebel vor der Zeit der Planeten

27 Maria Schönbächler, ETH Zürich Chondrite: Kosmische Sedimente Metall Chondre!1.3 mm Silikate Ansammlung von Material aus dem solaren Nebel vor der Zeit der Planeten

28 Maria Schönbächler, ETH Zürich Chondrite: Kosmische Sedimente Metall NASA (kein Eisenkern) Silikate Ansammlung von Material aus dem solaren Nebel vor der Zeit der Planeten

29 Tscheljabinsk, Russland Maria Schönbächler, ETH Zürich

30 Tscheljabinsk, Russland Popova et al Science Maria Schönbächler, ETH Zürich Gewöhnlicher Chondrite Die meisten Meteorite, die heute frisch gefunden werden, gehören zu dieser Klasse. Aussergewöhnlich grosser Fall (Prä-Atmosphärischer! 19.8 ± 4.6 m)

31 Tscheljabinsk, Russland Gewöhnlicher Chondrite (LL) Die meisten Meteorite, die heute frisch fallen, gehören zu dieser Klasse. Popova et al Science Aussergewöhnlich Gewöhnlicher Chondrite grosser Fall (Prä-atmosphärischer!19.8 ± 4.6 m) Maria Schönbächler, ETH Zürich Die meisten Meteorite, die heute frisch gefunden werden, gehören zu dieser Klasse. Aussergewöhnlich grosser Fall (Prä-Atmosphärischer! 19.8 ± 4.6 m)

32 Maria Schönbächler, ETH Zürich Meteoriten - Klassifikation Steine (Silikate) Stein-Eisen Eisen (Metall) Smithsonian Institution Metall Chondrite: Kosmische Sedimente Ansammlung von Material von vor der Zeit der Planeten. Silikate

33 Überblick n Meteorite und die Entstehung des Sonnensystems n Kernbildung in Asteroiden (kleine planetare Körper) n Kernbildung und Entstehung der Erde n Zusammenfassung Image: credit NASA Maria Schönbächler, ETH Zürich Asteroid Vesta

34 Wie alt sind die Kerne der Asteroiden? Gewisse Eisenmeteorite stammen von Kernen der Asteroiden Mit radioaktiven Nukliden können sie datiert werden 8.0 mm

35 Radioaktive Nuklide als Zeitmesser Atome sind die Bausteine, aus denen alle festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe bestehen. z.b. Sauerstoff, Eisen und Uran Isotope sind Atome eines Elementes mit unterschiedlicher Masse. Ein radioaktives Nuklid/Isotope ist eine Atomsorte, die instabil ist und zerfällt.

36 Start Radioaktive Nuklide als Zeitmesser U U Pb Langlebige Zerfallssysteme z.b. U-Pb Halbwertszeit Mrd. J. Absolute Alter

37 Start Radioaktive Nuklide als Zeitmesser heute U U Pb Langlebige Zerfallssysteme z.b. U-Pb Halbwertszeit Mrd. J. Absolute Alter Pd Ag Kurzlebige Zerfallssysteme Kurze Halbwertszeit Mio. J. Ausgestorben Relative Alter

38 Kurzlebige Radionuklide Mutter Tochter T 1/2 (Mio) Anwendung 26 Al 26 Mg 0.73 Frühes Sonnensystem 60 Fe 60 Ni 2.6 Frühes Sonnensystem 53 Mn 53 Cr 3.7 Frühes Sonnensystem 107 Pd 107 Ag 6.5 Planetare Akkretion und Kernbildung 182 Hf 182 W 9 Planetare Akkretion und Kernbildung 129 I 129 Xe 15.7 Frühes Sonnensystem, Ausgasen der Erde 92 Nb 92 Zr 36 Planetare Krustenbildung 146 Sm 142 Nd 103 Planetare Krustenbildung

39 Kurzlebige Radionuklide Mutter Tochter T 1/2 (Mio) Anwendung 26 Al 26 Mg 0.73 Frühes Sonnensystem 60 Fe 60 Ni 2.6 Frühes Sonnensystem 53 Mn 53 Cr 3.7 Frühes Sonnensystem 107 Pd 107 Ag 6.5 Planetare Akkretion und Kernbildung 182 Hf 182 W 9 Planetare Akkretion und Kernbildung 129 I 129 Xe 15.7 Frühes Sonnensystem, Ausgasen der Erde 92 Nb 92 Zr 36 Planetare Krustenbildung 146 Sm 142 Nd 103 Planetare Krustenbildung

40 ETH (D-ERDW) Isotopengeologielabor Hochreinraumlabore Verschiedene Massenspektrometer für Hochpräzisionsanalysen Maria Schönbächler, ETH Zürich Bild: Hochauflösendes MC-ICPMS (Nu1700)

41 Maria Schönbächler, ETH Zürich Wie alt sind die Kerne der Asteroiden? Gewisse Eisenmeteorite stammen von Asteroidenkernen Datierung mit dem Pd-Ag Chronometer 8.0 mm

42 107 Pd- 107 Ag Alter der IIAB Eisenmeteorite Open symbol: data from Chen and Wasserburg Ag/ 109 Ag ï 9 Mio. J. nach T 0 ï 11 Mio. J. nach T 0 T 0 = Mio. J. Bouvier&Wadhwa (2010) CAI-Einschlüsse in Chondriten Ältestes bekanntes Material unseres Sonnensystems Pd/ 109 Ag Diese Eisenmeteorite kristallisierten ca. 10 Mio. J. nach der Bildung des Sonnensystems. (Schönbächler et al., 2008; GCA, Theis et al., 2013; EPSL)

43 Maria Schönbächler, ETH Zürich 4568 Mio. J. ältestes Material bildet sich. Planet Urwolke Akkretion Kleine Körper mit Eisenkern ~ 10 Mio. Jahre Kleine Körper kein Kern

44 Maria Schönbächler, ETH Zürich 4568 Mio. J. ältestes Material bildet sich. Planet Urwolke? Akkretion Kleine Körper mit Eisenkern ~ 10 Mio. Jahre Kleine Körper kein Kern

45 Maria Schönbächler, ETH Zürich Die Bildung des Erdkerns Geschmolzener Protoplanet durch Energie der Kollisionen und Zerfall von radioaktiven Nukliden. Erde Magmaozean

46 Maria Schönbächler, ETH Zürich Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean

47 Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean Halliday and Wood 2007 Maria Schönbächler, ETH Zürich

48 Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean Halliday and Wood 2007 Maria Schönbächler, ETH Zürich

49 Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean ü Der Kern wächst mit der Erde. ü Das Erdkernalter ist das Bildungsalter der Erde. Halliday and Wood 2007 Maria Schönbächler, ETH Zürich

50 Maria Schönbächler, ETH Zürich Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean

51 Maria Schönbächler, ETH Zürich Die Bildung des Erdkerns Erde mit Magmaozean Radioaktive Nuklide können die Entstehung der Erde und des Erdkerns datieren, indem man Daten von Meteoriten (Überbleibsel der Planetenbausteine) mit Daten der Erde vergleicht.

52 Maria Schönbächler, ETH Zürich Die Entstehung der Erde Ergebnisse von U-Pb, Hf-W, Mn-Cr und Pd-Ag Chronometer (verschiedene Studien) Die Erde erwarb 99% ihrer Masse innerhalb der ersten Millionen Jahre unseres Sonnensystems. Das Alter unseres Sonnensystems ist 4.57 Mrd. Jahre.

53 Maria Schönbächler, ETH Zürich 4568 Mio. J. erstes Material bildet sich. Planet Erde ~ Mio. Jahre Urwolke? Akkretion Kleine Körper mit Eisenkern ~ 10 Mio. Jahre Kleine Körper kein Kern

54 Maria Schönbächler, ETH Zürich Wasser und andere flüchtige Stoffe: Seit wann? wasser-reich

55 Wasser auf der Erde: Seit wann? wasser-reich Integrierte Modellierung von radioaktiven Nukliden (Pd-Ag, Hf- W, Mn-Cr etc.) Die Protoerde war trocken. Wasserreiches Material kam erst gegen Ende der Erdbildung, als die Erde schon 80% ihrer heutigen Grösse erreicht hatte. Das wasserreiche Material hat genug Wasser, um die heutigen Ozeane zu füllen. Kometen als Wasserbringer sind unnötig, obwohl auch Kometen etwas Wasser auf die Erde gebracht haben dürften. Schönbächler et al. 2010, Science

56 Maria Schönbächler, ETH Zürich Zusammenfassung Unser Sonnensystem hat sich vor Mio. Jahren gebildet. Asteroid Vesta Erde: Bildung der ersten Eisenkerne von Asteroiden ging sehr schnell. Solche Kerne kristallisierten während den ersten 10 Mio. Jahre unseres Sonnensystems. Wachstum, Kernbildung und Mondentstehung in den ersten Mio. Jahre abgeschlossen. (e.g., Halliday 2004, Touboul et al. 2007) Die Bausteine der Erde enthielten genug Wasser, um die heutigen Ozeane zu erklären. Die ältesten Gesteine der Erde sind ca Mio. Jahre alt.