Forscher untersuchen Mondstaub von Apollo 17 – und stoßen auf die bislang ältesten Kristalle des Erdtrabanten
Der Mond ist nach heutigem Wissen in der Entstehungsphase des Sonnensystems aus den Trümmern des Zusammenpralls der Ur-Erde mit dem marsgroßen Himmelsköper Theia entstanden. Aber wann war das genau? Neue Untersuchungen von Mondstaub, der von den Astronauten der Mission Apollo 17 zur Erde gebracht worden war, liefert jetzt ein Mindestalter von 4,46 Milliarden Jahren. Damit sei der Erdtrabant 40 Millionen Jahre älter als aufgrund der zuvor besten Messungen angenommen, berichtet ein internationale Forschungsteam im Fachblatt „Geochemical Perspectives Letters“.
Die Kollision von Theia mit der Ur-Erde war so gewaltig, dass große Mengen an Gestein verflüssigt oder gar verdampft sind und ins All katapultiert wurden. Der sich aus diesen Trümmern bildende Mond bestand daher zunächst vollständig aus flüssigem Gestein. Erst, als sich dieser „lunare Magma-Ozean“ an der Oberfläche ausreichend abgekühlt hatte, konnte sich dort festes Gestein und damit auch die Zirkon-Kristalle bilden. Da solche Kristalle gegen spätere Veränderungen nahezu immun sind, eignen sie sich besonders gut zur Altersbestimmung: Ihr Alter liefert einen Mindestwert für das Alter des Erdtrabanten.
Das Team um Jennika Greer von der University of Glasgow in Großbritannien hat jetzt erstmals Mondstaub mithilfe einer „tomographischen Atomsonde“ untersucht. Dazu haben die Forscher die nur wenige Tausendstel Millimeter großen Zirkon-Kristalle zunächst mithilfe eines Ionenstrahls „angespitzt“. Die so erzeugte, sehr scharfe Spitze macht es möglich, einzelne Atome aus der Probe herauszulösen. „Wir haben einen Ultraviolett-Laser verwendet, um einzelne Atome an der Spitze zu verdampfen“ erläutert Greer.
Die verdampften Atome durchqueren dann ein spezielles Analysegerät – ein Massenspektrometer – und verraten so ihre Identität: Je nach Gewicht der Atome bewegen sie sich unterschiedlich schnell. „So erfahren wir Atom für Atom, woraus die Kristalle genau bestehen“, sagt Greer. Und aus der Beimischung bestimmter Elemente in den Kristallen können die Forscher dann das Alter des Kristall bestimmen. Greer und ihre Kollegen verwendeten dazu Uran und Blei.
Denn eine bestimmte Art von Uran – das Isotop Uran-238 – verwandelt sich durch radioaktiven Zerfall in Blei, und zwar mit einer Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren. Seit der Entstehung des Sonnensystems hat sich also etwa die Hälfte des Urans in Blei verwandelt. Die genaue Messung der Häufigkeit von Uran- und Blei-Atomen in den Zirkon-Kristallen liefert den Forschern daher das Alter der Kristalle. Das Ergebnis: 4,46 Milliarden Jahre. Die zuvor genaueste Messung an einer anderen Gesteinsprobe hatte ein Alter von 4,42 Milliarden Jahren geliefert.
Die von Greer und ihren Kollegen untersuchten Kristalle sind also 40 Millionen Jahre älter. „Es ist ein unglaubliches Gefühl, zu wissen, dass wir das bislang älteste Stück Mond gefunden haben“, sagt Greer. Da die Kristalle sich erst bilden konnten, als sich die Oberfläche des Mondes verfestigte, muss der Erdtrabant selbst noch ein wenig älter sein. Damit sei er bereits in den ersten 100 Millionen Jahren des Sonnensystems entstanden, betonen die Forscher.
Und die genaue Kenntnis des Geburtsdatums des Mondes sei wichtig, betont Phillip Heck von der University of Chicago in den USA: „Der Mond stabilisiert die Rotationsachse der Erde, er ist verantwortlich für unsere Tageslänge, er sorgt für die Gezeiten – ohne den Mond wäre das Leben auf der Erde völlig anders!“ Und der genaue Zeitpunkt der Entstehung des Mondes bestimmt, ab wann er mit seiner Schwerkraft die Entwicklung der Erde beeinflusst hat.
Bildquelle: NASA
