Warum sagen wir, dass es auf der Erde Millionen von Jahren lang geregnet hat, bevor der Ozean entstand?

Die Erde ist ein mit flüssigem Wasser gefüllter Planet. Etwa 71 % ihrer Oberfläche sind mit Meerwasser bedeckt. Diese Zahl steigt mit dem Anstieg des Meeresspiegels aufgrund der globalen Erwärmung weiter an.

Viele Menschen waren wahrscheinlich neugierig, wie der Meeresboden aussieht. Die einfache Antwort lautet, dass es fast dasselbe ist wie an Land. Es gibt Berge, Schluchten und Ebenen, aber sie liegen alle in tiefer gelegenen Gegenden.

Bisher ist es jedoch noch niemandem gelungen, die Unterwasserwelt vollständig abzubilden, da die Satellitenradartechnologie, die wir zur Kartierung der Landtopographie verwenden, im Wasser nicht gut funktioniert.

Tatsächlich sind Karten des Mondes und sogar des Mars heute klarer und zuverlässiger als Karten der Ozeane der Erde, da die Ozeane schwieriger zu erforschen sind.

Obwohl die Unterwasserwelt noch immer viele Fantasien in uns weckt, ist die eigentlich magischere Frage, warum nur die Erde Ozeane hat und woher die riesigen Wasserreserven der Erde kommen.

Woher kommen die Wasserressourcen der Erde?

Obwohl die Erde überall mit flüssigem Wasser gefüllt ist, beträgt das Gesamtvolumen aller Wasserressourcen auf der Erdoberfläche – einschließlich gefrorenem, verdunstetem und flüssigem – im Vergleich zur gesamten Zusammensetzung der Erde nur etwa ein Tausendstel des aktuellen Volumens der Erde.

Der Großteil der Wasserressourcen befindet sich im Ozean; er macht etwa 96,5 % aller Wasserressourcen der Erde aus. Nur etwa 3,5 % der Erde bestehen aus Süßwasser, und etwa 68 % des Süßwassers befinden sich in Gletschern. Sparen wir also Wasser, denn die Süßwasserressourcen sind tatsächlich ziemlich knapp.

Der Grund für den hohen Salzgehalt des Meerwassers liegt in der Beeinflussung durch die Plattentektonik der Erde, die dazu führt, dass sich große Mengen flüssigen Wassers mit dem Material im Erdinneren vermischen.

Mit anderen Worten: Die meisten Wasserressourcen der Erde sind tatsächlich „verschmutzt“, was die Erforschung der Quelle der Wasserressourcen der Erde mit großen Schwierigkeiten verbindet.

Derzeit gibt es drei Haupthypothesen zur Herkunft der Wasserressourcen auf der Erde. Der erste Grund besteht darin, dass die Erde im Frühstadium ihrer Entstehung während der Akkretion Wasserressourcen angesammelt hat. Zweitens führten während und nach der Entstehung der Erde einige wasserreiche Meteoriten nach und nach zu Wasservorkommen auf der Erde. Diese Meteoriten ähneln möglicherweise den kohligen Chondriten, die wir heute noch sehen können. Die dritte Ursache ist ebenfalls späteres Wachstum, allerdings handelt es sich dabei um einige eisige Asteroiden, also die Kometen, die wir heute sehen, die der Erde nach und nach Wasserressourcen lieferten.

Wenn wir den genauen Ursprung der Wasserressourcen der Erde kennen möchten, müssen wir die aktuelle und frühere Zusammensetzung der Wasserressourcen der Erde sowie die Zusammensetzung der Wasserressourcen von Meteoriten und Kometen verstehen.

Karbonischer Chondrit, Bildquelle: Mario Müller

Zunächst einmal ist es sicherlich unmöglich, dass Meteoriten zu große Mengen der Wasserressourcen der Erde transportieren.

Dies liegt daran, dass kohlige Chondriten im Allgemeinen reich an Xenon sind, einem Edelgas, das heute auf der Erde selten ist, sodass die meisten Menschen wahrscheinlich noch nie davon gehört haben.

Wenn Meteoriten zu den Hauptquellen der Wasserressourcen der Erde gehörten, wäre der Xenongehalt in der Erdatmosphäre mindestens zehnmal höher als heute.

Bild: Halleyscher Komet

Zweitens ist es unmöglich, dass Kometen zu viel Wasser auf die Erde bringen.

Dies liegt daran, dass Untersuchungen des Wassereises der Kometen Halley und Hyakutake (die einzigen Kometen, deren Wassermoleküle im Detail untersucht wurden) gezeigt haben, dass das Kometeneis mit Deuteriumatomen angereichert ist, einem schweren Isotop von Wasserstoffatomen.

Wenn die Wasserressourcen der Erde hauptsächlich von Kometen stammen, dann wäre das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis (D/H-Verhältnis) der Wassermoleküle der Erde sehr hoch, aber die tatsächliche Situation auf der Erde ist nicht so hoch.

Tatsächlich hätte sich das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis der Wasserressourcen der Erde während ihrer Entstehung weiter erhöht. Dies liegt daran, dass Deuterium schwerer als Wasserstoff ist und gewöhnlicher Wasserstoff bei der Photolyse von Wassermolekülen leichter verloren geht. Dies ist einer der Hauptgründe, warum das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis auf der Venus derzeit ungewöhnlich hoch ist.

Allerdings ist derzeit auf der Erde kein Prozess bekannt, der das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis reduzieren kann. Auch wenn Asteroiden Wasserressourcen transportieren, ist das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis ihrer Wasserressourcen derzeit im Wesentlichen dasselbe wie das der Ozeane der Erde.

Das frühe Sonnensystem. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Daher können die von Kometen transportierten Wasserressourcen nur zweitrangig sein. Die wahrscheinlichste Quelle der vorhandenen Wasserressourcen der Erde ist das Wasser, das durch die Entstehung des Protoplaneten entstand.

Natürlich bestand die Erde anfangs wahrscheinlich nicht aus eigenen Wassermolekülen, sondern aus mehr Wasserstoff – dem häufigsten Element im Universum und dem vorherrschenden Element in jedem frühen Nebel.

Später verband sich Wasserstoff mit verschiedenen anderen Elementen und es entstand das Wasser, das wir heute kennen, sowie alle anderen wasserstoffhaltigen Verbindungen.

Allerdings muss hier ein Punkt erwähnt werden: Die Wasserressourcen der Erde werden bei nachfolgenden Erdkrustenbewegungen oft „verschmutzt“, und die Menge der Wasserressourcen auf der Erdoberfläche ist heute weitaus geringer als die im Erdinneren. Studien haben gezeigt, dass der Gesamtwassergehalt des Erdmantels dreimal so hoch ist wie der des Ozeans.

Abbildung: Aufbau der Erde

Daher hofft man, durch die Untersuchung der Wasserressourcen auf dem Mars mehr über die Quelle der planetaren Wasserressourcen zu erfahren, da viele Forscher davon ausgehen, dass der Mars nur selten von Plattentektonik betroffen ist.

Wie sind die Ozeane der Erde entstanden?

Wenn wir erst einmal die Quelle der Wasserressourcen der Erde verstehen, wird die Entstehung des Ozeans zu einem natürlichen und offensichtlichen Prozess. Solange die Erde ausreichend abkühlt, um flüssiges Wasser zu ermöglichen, wird sich der Ozean auf natürliche Weise bilden.

Aktuelle Forschungs- und Beobachtungsdaten zeigen, dass die Entstehung von Protoplaneten ein allmählicher Wachstumsprozess durch kontinuierliche Akkretion und Kollision ist, aber beide Prozesse setzen enorme Mengen Wärme frei.

Frühe Erde. Bildnachweis: SwRI/Simone Marchi

Aus diesem Grund war es auf der frühen Erde sehr heiß, so heiß, dass sich jegliche Substanz im geschmolzenen Zustand befand. Daher stand die Existenz von flüssigem Wasser außer Frage.

Wenn der Planet stabil wird und keine weiteren Asteroideneinschläge mehr auf ihn einwirken, kühlt er allmählich ab. Die Erde befindet sich in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems und die Sonnenstrahlung, die sie empfängt, kann die Existenz von flüssigem Wasser ermöglichen.

Flüssiges Wasser entstand auf natürliche Weise, als die Erde abkühlte, doch es dauerte mindestens Millionen von Jahren, bis sich die Ozeane der Erde bildeten – dies ist die sogenannte Theorie, dass es auf der Erde Millionen von Jahren lang geregnet hat, um die Ozeane zu bilden.

Als die Erde sehr heiß war, existierten Wasserressourcen in der Erdatmosphäre hauptsächlich in Form von Wasserdampf. Nachdem die Erde abgekühlt war, begann es zu regnen. Dieser wichtige Wendepunkt für die Erde ereignete sich vor etwa 3,8 Milliarden Jahren.

Allerdings verdunstet der Regen in dem Moment, in dem er auf den Boden trifft oder bevor er auf den Boden trifft, wieder und die Erde kühlt weiter ab, da sie weiterhin Wasser in Wasserdampf umwandelt, bis flüssiges Wasser auf der Erdoberfläche existieren kann.

Dieser Prozess dauerte Millionen von Jahren. Zu dieser Zeit herrschte auf der Erde ständig schweres konvektives Wetter, das sehr heftig war. Das Interessante dabei ist jedoch, dass die durch die starke Konvektion verursachten Blitze möglicherweise zur späteren Entstehung von Leben im Ozean beigetragen haben.

Millionen Jahre lang sorgten Regenfälle dafür, dass sich Regenwasser über die Erdoberfläche ergoss, wodurch schließlich Flüsse entstanden und sich Wasser in bestehenden Becken ansammelte und Ozeane bildeten.

Die Entstehung der Ozeane hat die Erde radikal verändert. Sie hat unter anderem die Zusammensetzung der Erdatmosphäre verändert – vor allem durch die Aufnahme von Kohlendioxid durch das Meerwasser – und die Entstehung von Leben ermöglicht.

endlich

Sie fragen sich vielleicht auch, warum von den Planeten in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems, wie etwa Venus und Mars, nur auf der Erde schließlich ein Ozean entstand? Ich kann nur sagen, dass auf der Erde alles in Ordnung ist.

Die Erde hat genau die richtige Größe, während der Mars zu klein ist und nicht in der Lage ist, seine Kerntemperatur lange aufrechtzuerhalten.

Der Abstand zwischen Erde und Sonne ist genau richtig, während Venus zu nah ist. Nach der Entstehung der Venus führte der extrem hohe Kohlendioxidanteil in ihrer Atmosphäre zu einem globalen Treibhauseffekt, und Wasserressourcen könnten unter dem Einfluss des Sonnenlichts niemals in flüssiger Form existieren.

Andererseits besteht mittlerweile allgemeiner Konsens darüber, dass der Ozean die Wiege des Lebens auf der Erde ist. Wenn aber die Wasservorräte in den Ozeanen der Erde im Wesentlichen aus der Ansammlung bei der Entstehung des Planeten stammen, wäre das Leben auf der Erde dann immer noch einzigartig?

Quelle: Weird Luo