Sternentwicklung (2) Wie Sonne und Erde entstanden sind

Sternentwicklung (2)
Wie Sonne und Erde entstanden sind
Komplexe Systeme besitzen die Tendenz, ihre „Geschichte“ zu vergessen
Problem: Kann man aus dem Jetzt-Zustand eines physikalischen Systems auf
dessen Geschichte (und Ursprung) schließen?
Deduktivismus
Aktualismus
Man postuliert einen Anfangszustand
und versucht dann Schritt für Schritt
zum aktuellen Zustand zu gelangen.
Man versucht aus dem heutigen
(aktuellen) Systemzustand durch
Rückinterpolation den Anfangszustand
zu rekonstruieren
 Kausal determinierter Ablauf
Von de Ursache zur Wirkung
Von der Wirkung zur Ursache
Theorie der Sternentstehung +
protoplanetare Scheiben  Planet
Meteoriten als Zeugnisse der Frühgeschichte des Sonnensystems
Bei jedem zeitlichen Geschehensablauf kann normalerweise
die Information über den vorhergehenden Zustand nur noch
bruchstückhaft in den darauffolgenden Zustand übertragen
werden  Konsequenz des Entropiesatzes
Jeder dieser beiden Methoden, Deduktivismus und Aktualismus, stößt bei der
Erforschung der Geschichte unseres Sonnensystems an seine Grenzen. Da sie sich
aber in vielerlei Hinsicht ergänzen, erweist sich ihre Kombination als sehr
erfolgversprechend.
Heutiger Zustand der Erde?
- Wie hat er sich entwickelt (geologisch, Atmosphäre, Rotationszustand, Schwerefeld)
- Gibt es Relikte aus der Vergangenheit (Mond, Mondgestein, Meteorite)
- Was sagen radioaktive Elemente über die Erdgeschichte aus?
Theorie protoplanetarer Scheiben
-
Konsequenz der Sternentstehung
vom Staub zum Planetesimal
Entstehung von Protoplaneten
Differenzierung der Stoffe im Planetenbulk
Mondimpakt
Abkühlungsgeschichte
Analogien zu den anderen terrestrischen Planeten
Ableitung der Chronologie des frühen Sonnensystems
Die wichtigsten empirisch erfahrbaren Informationen über die Frühgeschichte des
Sonnensystems hat sich in den primitiven Meteoriten (Chondrite) erhalten. Ihr
Gehalt an radioaktiven Stoffen erlaubt eine absolute Altersbestimmung des
Sonnensystems:
Unser Sonnensystem ist vor 4,568 Milliarden Jahren entstanden
Ein paar zeitliche Landmarken…
Entstehung der Protosonne und Ausbildung einer protoplanetaren Scheibe aufgrund des
Gravitationskollapses eines Teils einer interstellaren Gas- und Staubwolke
Die Stoßwelle einer Supernova läßt eine
große kalte Molekülwolke instabil
werden, wodurch sie unter
Fragmentation kollabiert, wobei sich ein
Fragment unter vielen zur Protosonne
entwickelt
Beweise:
Im CV3-Chondrit (1983 Ningqiang)
konnte das Isotop 36 S nachgewiesen
werden, welches beim Zerfall von 36 Cl
entsteht , das nur bei SuperrnovaExplosionen gebildet werden kann.
Nanopartikel, die mit 54 Cr durchsetzt
waren, fand man im MurchisonMeteoriten
Die Sonne entstand als Mitglied eines sternreichen Sternhaufens, der mindestens einen
massereichen Stern (Lebensdauer unter 5 Millionen Jahre, M>25 Msonne) enthalten hat.
Als sich die protoplanetare Scheibe um die Protosonne ausgebildet hatte, explodierte in
lediglich 0,6 bis 1 Lj Entfernung der massereiche Stern als Supernova Typ II und penetrierte
eine große Zahl kurzlebiger radioaktiver Stoffe, aber auch Uran für Kernkraftwerke,
Neodym für die Energiewende-Windmühlen und Gold für Goldzähne in den solaren
Urnebel. Deren spezifischen Spaltprodukte findet man heute noch im Mondgestein und
Meteoriten.
Entstehung kilometergroßer Planetesimale, aus denen sich durch Akkretion
Gesteinsplaneten bzw. die Kerne der Gasplaneten gebildet haben.
Der Zeitpunkt der Entstehung der Protoplaneten läßt sich mittlerweile mit einem Fehler
von ± 2 Millionen Jahre genau datieren: 4.5682 Mrd. Jahre
Beginn der beschleunigten Wachstumsphase der Planetenbildung (runaway growth) und
Wachstum zu „Planetenembryos“ mit einer Größe von ~1000 km.
„Große Kollisionen“ und Etablierung der terrestrischen Planeten
Ausbildung des Erdmantels, Konsolidierung des Erdkörpers
Stichworte: Eisenkatastrophe
mantle overturn
Letztes Großes Bombardement (Late Heavy Bombardment)
Unter dem Einfluß der massereichen Gasplaneten (insbesondere Jupiter), die von ihrem
Entstehungsort aus langsam in Richtung Sonne migrierten, gelangte im Zeitraum zwischen
4,0 und 3,8 Mrd. Jahren debris in das innere Sonnensystem und verursachte hier massive
Einschläge auf der Oberfläche der gerade eine Kruste ausbildenden Planeten Mars bis
Merkur sowie des Erdmondes.
Die ältesten irdischen Krustengesteine haben ein Alter ~3,5 Mrd. Jahre
Archaische Kratone – greenstone belts
Archon älter 2,5 Mrd. Jahre
Proton zwischen 1,6 und 2,5 Mrd. Jahre
Einsetzen der Plattentektonik
Vor ca. 4 Mrd. Jahren entstanden viele Mikroplatten, die sich zu Großplatten formierten.
Vor ziemlich genau 3,2 Mrd. Jahren setzte dann die Großplattentektonik (Rifting und
Subduktion) ein – ein Riesenglück für unseren Planeten!!
 wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs