Dieses Weltraumgestein enthält Hinweise darauf, wie die Erde an ihr Wasser kam

Natriumchlorid, besser bekannt als Speisesalz, ist nicht gerade die Art von Mineral, die die Fantasie von Wissenschaftlern anregt. Doch ein paar winzige Salzkristalle, die in einer Probe eines Asteroiden entdeckt wurden, erregen Forscher des Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona in Aufregung, da sich diese Kristalle nur in Gegenwart von flüssigem Wasser gebildet haben können.

Noch faszinierender ist laut dem Forschungsteam die Tatsache, dass die Probe von einem Asteroiden vom S-Typ stammt, einer Kategorie, von der bekannt ist, dass sie größtenteils keine hydratisierten (wasserführenden) Mineralien enthält. Die Entdeckung deutet stark darauf hin, dass eine große Population von Asteroiden, die durch das Sonnensystem rasen, möglicherweise nicht so trocken ist wie bisher angenommen. Der Befund, veröffentlicht in Naturastronomiegibt der Hypothese neuen Auftrieb, dass das meiste, wenn nicht sogar das gesamte Wasser während der turbulenten Kindheit des Planeten über Asteroiden auf die Erde gelangt sein könnte.

Zega und der leitende Studienautor Shaofan Che, ein Postdoktorand am Lunar and Planetary Laboratory, führten eine detaillierte Analyse von Proben durch, die 2005 von der japanischen Hayabusa-Mission vom Asteroiden Itokawa gesammelt und 2010 zur Erde gebracht wurden.

Die Studie ist die erste, die beweist, dass die Salzkristalle auf dem Mutterkörper des Asteroiden entstanden sind, und schließt jede Möglichkeit aus, dass sie sich als Folge einer Kontamination gebildet haben könnten, nachdem die Probe die Erde erreicht hatte – eine Frage, die frühere Studien, in denen Natriumchlorid in Meteoriten gefunden wurde, beschäftigt hatte ähnlichen Ursprungs.

„Die Körner sehen genauso aus, wie man sie sehen würde, wenn man zu Hause Kochsalz nehmen und es unter ein Elektronenmikroskop legen würde“, sagte Tom Zega, der leitende Autor der Studie und Professor für Planetenwissenschaften am UArizona Lunar and Planetary Laboratory. „Das sind diese schönen, quadratischen Kristalle. Es war auch lustig, weil wir in der Gruppe viele lebhafte Gespräche über sie geführt haben, weil es einfach so unwirklich war.“

Zega sagte, dass es sich bei den Proben um eine Art außerirdisches Gestein handelt, das als gewöhnlicher Chondrit bekannt ist. Dieser Typ stammt von sogenannten S-Typ-Asteroiden wie Itokawa ab und macht etwa 87 % der auf der Erde gesammelten Meteoriten aus. Es wurde festgestellt, dass nur sehr wenige von ihnen wasserführende Mineralien enthalten.

„Es wurde lange angenommen, dass gewöhnliche Chondrite eine unwahrscheinliche Wasserquelle auf der Erde sind“, sagte Zega, der Direktor der Kuiper Materials Imaging & Characterization Facility des Lunar and Planetary Laboratory. „Unsere Entdeckung von Natriumchlorid zeigt uns, dass diese Asteroidenpopulation viel mehr Wasser enthalten könnte, als wir dachten.“

Heute sind sich Wissenschaftler weitgehend einig, dass sich die Erde zusammen mit anderen Gesteinsplaneten wie Venus und Mars im inneren Bereich der aufgewühlten, wirbelnden Gas- und Staubwolke um die junge Sonne, dem sogenannten Sonnennebel, gebildet hat, wo die Temperaturen sehr hoch waren – laut Che zu hoch, als dass Wasserdampf aus dem Gas kondensieren könnte.

„Mit anderen Worten, das Wasser hier auf der Erde musste aus den äußeren Bereichen des Sonnennebels geliefert werden, wo die Temperaturen viel kälter waren und Wasser existieren ließen, höchstwahrscheinlich in Form von Eis“, sagte Che. „Das wahrscheinlichste Szenario ist, dass Kometen oder eine andere Art von Asteroiden, bekannt als C-Typ-Asteroiden, die sich weiter draußen im Sonnennebel befanden, nach innen wanderten und ihre wässrige Ladung durch den Aufprall auf die junge Erde ablieferten.“

Die Entdeckung, dass Wasser in gewöhnlichen Chondriten vorhanden gewesen sein könnte und daher aus einer Quelle stammt, die viel näher an der Sonne liegt als ihre „feuchteren“ Verwandten, hat Auswirkungen auf jedes Szenario, das versucht, die Wasserversorgung der frühen Erde zu erklären.

Bei der in der Studie verwendeten Probe handelt es sich um ein winziges Staubpartikel mit einer Größe von etwa 150 Mikrometern oder etwa dem Doppelten des Durchmessers eines menschlichen Haares, aus dem das Team einen kleinen Abschnitt von etwa 5 Mikrometern Breite schnitt – gerade groß genug, um eine einzelne Hefezelle zu bedecken Die Analyse.

Mithilfe verschiedener Techniken konnte Che ausschließen, dass das Natriumchlorid das Ergebnis einer Kontamination durch Quellen wie menschlichen Schweiß, den Probenvorbereitungsprozess oder die Einwirkung von Laborfeuchtigkeit war.

Da die Probe fünf Jahre lang gelagert worden war, machte das Team Vorher-Nachher-Fotos und verglich sie. Die Fotos zeigten, dass sich die Verteilung der Natriumchloridkörner innerhalb der Probe nicht verändert hatte, was die Möglichkeit ausschließt, dass sich die Körner während dieser Zeit in der Probe abgelagert haben. Darüber hinaus führte Che ein Kontrollexperiment durch, indem er eine Reihe terrestrischer Gesteinsproben genauso behandelte wie die Itokawa-Probe und sie mit einem Elektronenmikroskop untersuchte.

„Die terrestrischen Proben enthielten kein Natriumchlorid, so dass wir davon überzeugt waren, dass das Salz in unserer Probe ursprünglich aus dem Asteroiden Itokawa stammt“, sagte er. „Wir haben jede mögliche Kontaminationsquelle ausgeschlossen.“

Zega sagte, jeden Tag regnet es Tonnen außerirdischer Materie auf die Erde, aber der größte Teil davon verbrennt in der Atmosphäre und gelangt nie an die Oberfläche.

„Man braucht einen Stein, der groß genug ist, um den Eintritt zu überstehen und das Wasser abzugeben“, sagte er.

Frühere Arbeiten aus den 1990er Jahren unter der Leitung des verstorbenen Michael Drake, einem ehemaligen Direktor des Lunar and Planetary Lab, schlugen einen Mechanismus vor, durch den Wassermoleküle im frühen Sonnensystem in Asteroidenmineralien gefangen werden und sogar einen Einschlag auf der Erde überleben könnten.

„Diese Studien deuten darauf hin, dass allein durch diesen Mechanismus Wasser im Wert von mehreren Ozeanen bereitgestellt werden könnte“, sagte Zega. „Wenn sich nun herausstellt, dass die häufigsten Asteroiden möglicherweise viel ‚feuchter‘ sind, als wir dachten, wird die Hypothese der Wasserabgabe durch Asteroiden noch plausibler.“

Itokawa ist ein erdnussförmiger Asteroid mit einer Länge von etwa 2.000 Fuß und einem Durchmesser von 750 Fuß, der sich vermutlich von einem viel größeren Mutterkörper gelöst hat. Laut Che und Zega ist es denkbar, dass sich dort gefrorenes Wasser und gefrorener Chlorwasserstoff angesammelt haben könnten und dass der natürliche Zerfall radioaktiver Elemente und die häufige Bombardierung durch Meteoriten in den frühen Tagen des Sonnensystems genügend Wärme bereitgestellt haben könnten, um hydrothermale Prozesse aufrechtzuerhalten flüssiges Wasser. Letztendlich wäre der Mutterkörper den Schlägen zum Opfer gefallen und in kleinere Fragmente zerfallen, was zur Bildung von Itokawa geführt hätte.

„Sobald diese Zutaten zusammenkommen und Asteroiden bilden, besteht die Möglichkeit, dass sich flüssiges Wasser bildet“, sagte Zega. „Und sobald sich Flüssigkeiten gebildet haben, kann man sich vorstellen, dass sie Hohlräume im Asteroiden besetzen und möglicherweise Wasserchemie betreiben.“

Die Beweise dafür, dass die Salzkristalle in der Itokawa-Probe seit Beginn des Sonnensystems vorhanden sind, enden hier jedoch nicht. Die Forscher fanden eine Ader aus Plagioklas, einem natriumreichen Silikatmineral, das durch die Probe verläuft und mit Natriumchlorid angereichert ist.

„Wenn wir solche Alterationsadern in terrestrischen Proben sehen, wissen wir, dass sie durch wässrige Alteration entstanden sind, was bedeutet, dass es sich um Wasser handeln muss“, sagte Che. „Die Tatsache, dass wir diese mit Natrium und Chlor verbundene Textur sehen, ist ein weiterer starker Beweis dafür, dass dies auf dem Asteroiden geschah, als Wasser durch dieses natriumhaltige Silikat floss.“