Woraus besteht unsere Erde? Eine einfache Frage, sollte man meinen. Aber wie so oft in der Wissenschaft ist die Sache komplizierter. Schließlich besteht unser Planet aus Kruste, Mantel und Kern – und deren Zusammensetzung ist ganz unterschiedlich. Zwar ist bekannt, dass der Kern vor allem aus Eisen, der Mantel größtenteils aus bestimmten Mineralen besteht, doch wie es in unserem blauen Planeten genau aussieht, können auch Wissenschaftler nur vermuten.

Daher kratzen sie bei einigen Fragen im wahrsten Sinne des Wortes immer noch an der Oberfläche. Warum zum Beispiel strahlt die Erde mehr Wärme ab, als es die Modelle von ihrer Entstehung vorhersagen? Und warum erzeugt der metallische Erdkern immer noch genug Energie, um durch seine Bewegung das Magnetfeld zu erzeugen? Nach den derzeitigen Berechnungen hätte das Feld – unser Schutz gegen Teilchen, die ständig aus dem All auf unseren Planeten einprasseln – schon vor Milliarden Jahren zusammenbrechen müssen.

Forscher der Universität Oxford stellen nun die Theorie auf, dass für beide Effekte unter anderem radioaktives Uran im Erdinneren verantwortlich ist (Wohlers und Wood, 2015). Dort könnte es aber nur unter ganz bestimmten Bedingungen hingekommen sein – was die Annahme stützt, dass es im frühen Sonnensystem ziemlich drunter und drüber ging.

Unbestritten ist, dass die Planeten sich vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren aus einer rotierenden Gas- und Staubwolke zusammenklumpten. Kleine Materiestücke kollidierten und verschmolzen dadurch zu größeren Brocken, diese stießen wiederum zusammen und bildeten noch größere Himmelskörper.

Lange stellte man sich diesen Vorgang vergleichsweise geordnet vor: Aus den herumfliegenden Einzelteilen nahe der Sonne entstanden die Planeten, die auch heute noch in ihrer Nähe kreisen. Die Brocken weiter außen formten die Planeten, die auch heute noch weiter außen ihre Bahnen ziehen. Wie auf einer Perlenkette blieb bis heute ein jeder Planet in dem Abstand zur Sonne, in dem er entstanden ist – glaubte man zumindest für lange Zeit.

Diese Vorstellung geriet erstmals in Unordnung, als in anderen Planetensystemen große Gasplaneten entdeckt wurden, die zwar weit vom jeweiligen Zentralstern entfernt entstanden waren, dann aber offenbar dorthin gewandert sind (Marcy und Butler, 1996). Warum also sollten dann bei der Entstehung unseres Sonnensystems alle Planeten in Reih und Glied geblieben sein? 

Halten Planeten die Umlaufbahn?

Tatsächlich fanden Forscher Anhaltspunkte dafür, dass sich Jupiter und Saturn einst der Sonne angenähert haben. Die Planeten entstanden in einer frühen Phase des Sonnensystems, in der dort noch größere Mengen Gas vorhanden waren. Die beiden jungen Planeten bewegten sich zunächst auf ihren Bahnen durch das Gas, wurden dabei aber abgebremst und kamen so auf eine engere Umlaufbahn, so die Hypothese. Ein Wechselspiel der Anziehungskräfte soll sie dann wieder auf ihre heutige Position im Mittelfeld der Planeten katapultiert haben (Walsh et al., 2011).

Sollten Jupiter und Saturn zwischenzeitlich tatsächlich von ihren Umlaufbahnen abgekommen sein, hätte das weitreichende Folgen für unsere bisherige Vorstellung von der Planetenentstehung. Denn gerade der Gasriese Jupiter hätte wohl auf seinem Weg zur Sonne Bruchstücke aus seiner Entstehungsregion vor sich her ins Zentrum geschoben. Diese waren aber ganz anders beschaffen als jene Brocken, die sich in der Nähe der Sonne geformt haben. Je weiter entfernt von der Sonne das Material ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es mit Sauerstoff reagiert hat. Nahe der Sonne ist es bekanntlich warm, deshalb existiert dort weniger Wasser und somit auch weniger Sauerstoff für diese chemischen Reaktionen.

Verlief die Entstehung der Erde in zwei Phasen?

Es könnte somit sein, dass die Erde zunächst aus Material entstanden ist, das aus der Nähe der Sonne stammt und anschließend eine Schicht aus sonnenfernem Stoff dazukam, welches durch die Wanderschaft von Saturn und Jupiter in ihre Nähe getragen wurde. Die Forscher aus Oxford gehen in ihrem Modell von einer solchen Situation aus und berechneten, was das für die Erdentwicklung bedeuten würde.     

Ihr Ergebnis: In dem Material, das die Erde zuerst angesammelt hat, könnten sich Uran und einige andere Elemente wesentlich besser mit Eisen verbunden haben, als bislang angenommen. Dann wären diese Elemente zusammen mit dem Eisen in den Erdkern gewandert. Dies könnte erklären, warum heute mehr Hitze aus der Erde dringt, als es die Modelle der Wissenschaftler bislang erklären konnten. Größere Mengen Uran erzeugen durch ihre Radioaktivität zusätzliche Wärme. Diese bringt den flüssigen Teil des Eisenkerns zusätzlich in Wallung, weshalb das Erdmagnetfeld immer noch existiert.

Nimmt man an, dass es wirklich zwei solche Phasen der Erdentstehung gab, könnte das Material im Erdinneren unter ganz anderen Bedingungen entstanden sein als der Materialschleier, der sich später um die Erde legte – ausgelöst durch einen Streifzug von Jupiter und Saturn.