Herkunft des irdischen Wassers

Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Mengenverhältnisses der beiden Wasserstoffisotope Deuterium und Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopen-Verhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Für die derzeitigen Wasservorkommen des Sonnensystems und speziell der Erde siehe den Abschnitt Vorkommen im Artikel Wasser.

Wasser im Zuge der Erdentstehung

Bereits in den Planetesimalen, welche die Erde bildeten, war vermutlich etwas Wasser vorhanden. Dieses Wasser und andere leicht flüchtige Stoffe wie Kohlenstoffdioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Stickstoff (N₂) gasten aus der größtenteils aus flüssigem Magma bestehenden Ur-Erde aus und bildeten eine frühe, wasserdampfreiche Uratmosphäre. Diese wurde nach heutigen Modellvorstellungen durch einen Sonnenwind, der zur Zeit der Erdentstehung sehr viel heftiger war als heute, mitgerissen und entwich somit von der Erde. Durch Vulkanismus kam es später zur Bildung einer neuen Atmosphäre, die auch aus dem Erdinnern ausgegasten Wasserdampf enthalten haben dürfte. Mit der Bildung einer festen Erdkruste und der weiteren Abkühlung kam es demnach zur Kondensation von Wasserdampf und zur Bildung von ersten Ozeanen.

Die große Menge an Wasser, die auf der Erde im Vergleich zu anderen erdähnlichen Planeten vorhanden ist, lässt sich nur schwer allein durch Ausgasen aus dem Erdinneren erklären. Die Planetesimale entstanden in einem Bereich des früheren Sonnensystems, in dem relativ wenig Wasser vorhanden war. Je kleiner der Abstand zur Sonne war, desto höher die Temperaturen und desto weniger Wasser war vorhanden. Erst außerhalb der solaren „Schneegrenze“, welche etwa inmitten des heutigen Asteroidengürtels lag, war Wasser in größerer Menge vorhanden. So zeigen kohlige Chondrite, von denen angenommen wird, dass sie in den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels entstanden sind, einen Wassergehalt von manchmal mehr als 10 % ihres Gewichts, während gewöhnliche Chondrite oder gar Enstatit-Chondrite vom inneren Rand des Asteroidengürtels weniger als 0,1 % ihres Gewichts an Wasser enthalten. Die Planetesimale sollten dementsprechend noch weniger Wasser enthalten haben. Zudem wird angenommen, dass bei der Akkretion der Planetesimale zu den Planeten und dem Verlust der Uratmosphäre nochmals große Mengen des ursprünglich vorhandenen Wassers verloren gingen. Deswegen wird heute vielfach angenommen, dass der überwiegende Teil des heutigen irdischen Wassers aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems stammt.

Extraterrestrische Quellen

Ein rein kometarer Ursprung des Wassers ist nach Messung des Isotopenverhältnisses von Wasserstoff in den drei Kometen Halley, Hyakutake und Hale-Bopp durch Forscher wie David Jewitt ursprünglich für unwahrscheinlich gehalten worden, da demnach das Verhältnis von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) von Kometen etwa doppelt so hoch ist wie in ozeanischem Wasser . Nicht klar ist dabei allerdings, ob diese Kometen repräsentativ für Kometen aus dem Kuipergürtel sind. Zudem ist inzwischen eine neue Klasse von Kometen endeckt worden.

Nach A. Morbidelli et al. kommt der größte Teil des heutigen Wassers von einigen im äußeren Asteroidengürtel geformten Protoplaneten, die auf die Erde stürzten, wofür das D/H-Verhältnis von kohligen Chondriten spricht. Wassereinschlüsse in kohligen Chondriten zeigen ein ähnliches D/H-Verhältnis wie ozeanisches Wasser.

Rolle der Lebewesen

In den Urozeanen vorkommender Schwefelwasserstoff und in der Uratmosphäre vorhandenes Kohlendioxid wurde von autotrophen Schwefelbakterien (Prokaryoten) unter Zufuhr von Lichtenergie zum Aufbau organischer Verbindungen genutzt, wobei Wasser und Schwefel entstanden:

$\mathrm {4\ H_{2}S+CO_{2}\rightarrow CH_{4}+2\ H_{2}O+4\ S}$

(Photosystem I).

Die heute größte Menge an Wasser wird biochemisch durch Mineralisation und Photosynthese (Guttation, Transpiration) synthetisiert.

Ausserwissenschaftliche spekulative Hypothesen

Als Theorie außerhalb der etablierten Naturwissenschaften vermuten einige Anhänger des Katastrophismus auch eine plötzliche Zunahme des irdischen Wassers durch außerirdische Ereignisse im Zusammenhang mit der Sintflut. Sie begründen diese These mit alten Aufzeichnungen, in denen zum Beispiel erwähnt wird, der Atlantische Ozean sei damals erst als solcher entstanden. So vermutet z. B. Immanuel Velikovsky als Auslöser eine Art Nova des Saturn und führt dazu u. a. Plutarch an. Dieser berichtete über antike Legenden, denen zufolge Kronos, die griechischer Entsprechung für Saturn, gestorben sei, 7 Tage bevor die Sintflut einsetzte. Ebenso erwähnt Plutarch, der Atlantische Ozean wurde ehemals „Meer des Kronos“ genannte.

Literatur

• Jörn Müller, Harald Lesch (2003): Woher kommt das Wasser der Erde? - Urgaswolke oder Meteoriten. Chemie in unserer Zeit 37(4), S. 242 – 246, ISSN 00092851

Video

[2] aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am  .