Was wissen wir über den Ursprung der Ozeane der Erde? Ist es wahrscheinlicher, dass sie von eisigen Kometen stammen, die auf der jungen Erde einschlugen, oder von Material, das während vulkanischer Aktivität im Erdinneren freigesetzt wurde?

Tobias C. Owen vom Institute forAstronomy in Honolulu, Hawaii, gibt diesen Überblick:

„Das ist eine sehr gute Frage, denn wir haben noch keine Antwort, die von allen akzeptiert wird.

„Der Ursprung der Ozeane geht zurück auf die Zeit der Erdentstehung vor 4. 6 Milliarden Jahren zurück, als sich unser Planet durch die Anhäufung von kleineren Objekten, den sogenannten Planetesimalen, bildete.

Es gibt grundsätzlich drei mögliche Quellen für das Wasser. Es könnte sich (1) aus den Gesteinen gelöst haben, aus denen die Erdschale besteht; (2) als Teil eines spät entstandenen, wasserreichen Meteoriten angekommen sein, ähnlich den kohlenstoffhaltigen Chondriten, die wir heute sehen; oder (3) als Teil einer spät entstandenen Schicht von eisigen Planetesimalen, also Kometen, angekommen sein.

„Die Zusammensetzung des Ozeans bietet einige Anhaltspunkte für seine Herkunft. Wenn alle Kometen die gleiche Art von Wassereis enthalten, die wir in den Kometen Halley und Hyakutake untersucht haben – die einzigen, deren Wassermoleküle wir im Detail studieren konnten – dann können Kometen nicht das gesamte Wasser in den Ozeanen der Erde geliefert haben. Wir wissen das, weil das Eis der Kometen doppelt so viele Deuterium-Atome (ein schweres Isotop des Wasserstoffs) pro Atom des gewöhnlichen Wasserstoffs enthält, wie wir im Wasser finden.

„Gleichzeitig wissen wir, dass die Meteoriten nicht das gesamte Wasser geliefert haben können, denn dann würde die Erdatmosphäre fast zehnmal so viel Xenon (ein inertes Gas) enthalten, wie sie es tatsächlich tut. Meteoriten tragen alle dieses überschüssige Xenon in sich. Niemand hat bisher die Xenon-Konzentration in Kometen gemessen, aber jüngste Laborexperimente über das Einfangen von Gasen durch Eisbildung bei niedrigen Temperaturen legen nahe, dass Kometen keine hohen Xenon-Konzentrationen enthalten. Eine Mischung aus Meteoriten- und Kometenwasser würde auch nicht funktionieren, da diese Kombination immer noch eine höhere Konzentration an Deuterium enthalten würde, als sie in den Ozeanen zu finden ist.

„Daher ist das beste Modell für die Quelle der Ozeane im Moment eine Kombination aus Wasser, das von Kometen stammt, und Wasser, das im Gesteinskörper der Erde aufgefangen wurde, als sie sich bildete.

Diese Mischung erfüllt das Xenonproblem. Es scheint auch das Deuterium-Problem zu lösen – aber nur, wenn das Gesteinsmaterial in der Nähe der jetzigen Erdumlaufbahn etwas lokales Wasser aus dem Sonnennebel (der Gas- und Staubwolke, die die junge Sonne umgibt) aufgenommen hat, bevor es zur Bildung der Erde akkretierte. Einige neue Laborstudien über die Art und Weise, wie Deuterium zwischen Wasserstoffgas und Wasserdampf ausgetauscht wird, haben gezeigt, dass der Wasserdampf in der lokalen Region des solaren Nebels ungefähr den richtigen (geringen) Anteil an Deuterium hatte, um den Deuteriumüberschuss in den Kometen auszugleichen.

„Der Punkt, der hier betont werden muss, ist, dass dies ein Modell ist, eine Arbeitshypothese, die durch viele zusätzliche Messungen streng getestet werden muss. Wir müssen mehr Kometen untersuchen. Wir müssen auch mehr über das Wasser auf dem Mars lernen, wo wir eine weitere Möglichkeit haben, die oben beschriebenen Quellen zu untersuchen. Auf der Erde hat die Plattentektonik dazu geführt, dass sich ozeanisches Wasser in erheblichem Maße mit Material aus dem Planeteninneren vermischt hat; eine solche Kontamination ist auf dem Mars, wo es keine Plattentektonik zu geben scheint, wahrscheinlich nicht aufgetreten. Diese Untersuchungen (und andere damit zusammenhängende Studien) sind derzeit im Gange. Dies ist ein aktives Forschungsgebiet!“

James C.G. Walker von der University of Michigan bestätigt diese Schlussfolgerung und fügt seine Sichtweise hinzu:

„Die beste derzeitige Überlegung ist, dass flüchtige Stoffe (Elemente und Verbindungen, einschließlich Wasser, die bei niedrigen Temperaturen verdampfen) aus der festen Phase freigesetzt wurden, als die Erde akkretierte. So wuchs die Erde mit ihren Ozeanen und ihrer Atmosphäre zusammen.

„Während der Akkretion wurde die kinetische Energie der kollidierenden Planetensimale in thermische Energie umgewandelt, so dass die Erde extrem heiß wurde, als sie zusammenkam. Das Material, aus dem sich die Erde bildete, war wahrscheinlich zu heiß, als dass Eis ein wichtiger Wasserträger gewesen wäre.

Das meiste Wasser lag ursprünglich wahrscheinlich nicht als Eis vor, sondern als in Tonmineralien eingeschlossenes Wasser oder als getrennter Wasserstoff (in Kohlenwasserstoffen) und Sauerstoff (in Eisenoxiden).

„Seit dem Ende der Akkretionsperiode vor mehr als vier Milliarden Jahren gibt es einen kontinuierlichen Austausch von flüchtigem Material – einschließlich Wasser – zwischen der Erdoberfläche und dem Inneren des Planeten (d.h. zwischen der Kruste und dem Mantel). Vulkane geben Wasser und Kohlendioxid an die Atmosphäre und den Ozean ab. Die Subduktion von volatilreichen Sedimenten findet in tiefen Meeresgräben statt. Das Absinken ozeanischer Kruste an Subduktionszonen trägt Wasser und Kohlendioxid zurück in den Erdmantel. Diese Prozesse können alle heute bei der Arbeit gesehen werden.

„Kurz gesagt, eisiges Kometenmaterial war wahrscheinlich nicht wichtig bei der Bereitstellung von Wasser für die Ozeane der Erde, aber es gibt nur wenig sicheres Wissen auf diesem Gebiet.