Die Geburt der Erde – Wie sich unser Planet in der Frühzeit formte

0:00 Herzlich Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Dies ist eine Koproduktion mit unserem neuen Podcast Wissensreise. Durch die Uhrzeit, also von der Eiszeit über die Zeit der Dinosaurier bis zur Entstehung unserer Erde, und genau dort sind wir jetzt. Aber bevor wir starten, noch schnell der Hinweis, Wir haben den neuen Podcast in der Beschreibung verlinkt. Folgt also gerne dort, wenn diese Themen interessieren, vor etwa 4,568 Milliarden Jahren begann alles, diese Zahl ist so groß, dass man sie kaum greifen kann, versuchen wir es so, wenn man die gesamte Geschichte der Erde auf einen einzigen Kalendermonat skalieren würde.

0:43 Dann wäre der erste Mensch vor weniger als einer Minute erschienen. Die gesamte aufgezeichnete Menschheitsgeschichte von den ersten Schriftsystemen der Sumerer bis heute würde in die letzte Sekunde des Tages passen, so jung sind wir, so alt ist dieser Planet. Lass dich mitnehmen auf eine Reise zu den ersten Kapiteln unseres Planeten. Eine Reise, die mit einer Explosion von Kosmischem Staub beginnt, über Jahrmillionen des glühenden Chaos führt und an einem Punkt endet, an dem das Leben gerade erst die Bedingungen vorfindet, unter denen es entstehen kann. Eine Reise durch das Hadeicum, das Archäicum und die ersten Spuren des Lebens auf Erden.

1:25 Unsere Geschichte beginnt nicht mit der Erde selbst, sondern mit einem riesigen rotierenden Gas und Staubwolkenkonstrukt, dem sogenannten Sonnennebel. Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren existierte an der Stelle, wo sich heute unser Sonnensystem befindet, eine diffuse Wolke aus Wasserstoff, Helium und interstellarem Staub, den Überresten explodierter Sterne, irgendetwas vielleicht die Druckwelle einer nahen Supernova, löste einen Kollaps aus.

1:53 Die Wolke begann unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenzufallen. In der Mitte des Kollaps bildete sich die Protosonne ein heißer, Dichter Kern, der durch Gravitationsdruck immer heißer wurde, bis schließlich die Kernfusion zündete und unsere Sonne zu leuchten begann, um die junge Sonne herum wirbelte eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub die protoplanetare Scheibe in dieser Scheibe begannen zunächst winzige Staubteilchen zusammenzukleben.

2:22 Zunächst durch elektrostatische Kräfte, dann durch Gravitation. Es wuchsen aus Staubkörnern Kieseln, aus kieseln Felsen, aus Felsen immer größere Körper, bis die Kilometer groß wurden, die Keime der späteren Planeten dieser Prozess, den Wissenschaftler innen Akretion nennen, lief nicht ruhig und geordnet ab, sondern war ein brutales, kosmisches Billardspiel. Planetenteile kollidierten, zerbrachen und verschmolzen neu. Die größeren Körper hatten durch ihre stärkere Gravitation einen Vorteil, sie zogen mehr Material an sich und wuchsen schneller innerhalb von wenigen Millionen Jahren einer astronomisch kurzen Zeitspanne hatte sich die Erde zu einem Protoplaneten von beträchtlicher Größe entwickelt.

3:11 Wissenschaftlerinnen wissen heute mit großer Präzision, wann die Erde entstand. Die Methode, die dabei zum Einsatz kommt, ist so elegant wie verlässlich. Radiometrische Datierung bestimmte radioaktive Isotope zerfallen mit bekannten und konstanten Halbwertszeiten, Uran 238 ZB zerfällt in einer Halbwertszeit von etwa 4,47 Milliarden Jahren zu Blei 206, indem man das Verhältnis vom Ausgangsisotop zum Tochterisotop in den ältesten Meteoriten misst, den sogenannten Chondriten.

3:46 Die als unveränderte Überreste des frühen Sonnensystems gelten. Kann man das Alter des Sonnensystems auf 4,568 Milliarden Jahre bestimmen, mit einer Unsicherheit von weniger als einer 1000000 Jahre in kosmischen Maßstäben ist das nahezu perfekte Genauigkeit zum Vergleich 1000000 Jahre ist für das Sonnensystem das, was eine Sekunde für ein menschliches Leben ist, die erste Epoche der Erdgeschichte trägt einen passenden Namen, das Hedeicum. Vom griechischen Hades, dem Reich der Toten, benannt, wurde es also nach dem griechischen Gott der Unterwelt und werden Zustand der jungen Erde in dieser Zeit beschreiben würde, käme unweigerlich auf das Bild der Hölle. Ein Planet, der glühte, kochte

4:31 und bombardiert wurde. Es war also keine stabile Bedingung vorhanden, in der frühen Phase des Hedäikums war die Erde vollständig oder weitgehend geschmolzen. Die intensive Wärme hatte mehrere Quellen. Zum einen die Energie des Akkretionsprozesses selbst, also die genetische Energie der unzähligen Einschläge, die in Wärme umgewandelt wurde, der Zerfall kurzlebiger radioaktiver Isotope wie Aluminium, 26 und Eisen 60, die in der frühen Erde reichlich vor Kanten waren und durch ihren Zerfall enorme Wärmemengen Freisetzten, und schließlich die Reibungswärme.

5:09 Die entstand, als die schweren Elemente, vor allem Eisen und Nickel, durch das flüssige Gesteinsmagma nach unten sanken und unseren Kern der Erde bildeten. Dieser letzte Prozess, die Differenzierung und Kernbildung, war ein entscheidender Moment in der Geschichte unseres Planeten, physikalisch gesprochen ist es eine Art planetare Entmischung, schwere Elemente sinken, leichtere Steigen auf.

5:33 Als das flüssige Eisen und Nickel in den Kern absanken, setzten sie enorme Gravitationsenergie frei genug, um die Erde nochmals komplett aufzuschmelzen. Der innere Kern der Erde, der heute einen Durchmesser von etwa 1220 Kilometern hat und aus festem Eisen und Nickel besteht, und der flüssige Kern, der ihn umhüllt und bis in etwa 2900 Kilometer Tiefe reicht, sind direkte Erbschaften dieser frühen Differenzierung. Die Konvektionsströme im flüssigen Außenkern erzeugen den Geodynamoeffekt, also das Magnetfeld der Erde, einen unsichtbaren Schutzschild, der den Sonnenwind ablenkt und die Atmosphäre im Gegensatz zum Mars vor dem Abtrag schützt. Ohne ihn gäbe es kein Magnetfeld, und ohne Magnetfeld hätte die Erde ihr Wasser und

6:23 ihre Luft schon längst verloren, wie es eben beim Mars geschehen ist. Das Magnetfeld ist die stille Grundvoraussetzung für alles leben auf diesem Planeten. Einer der dramatischsten Momente in der Geschichte der jungen Erde ereignete sich etwa vor 4,5 Milliarden Jahren, ein Protoplanet von ungefähr der Größe des heutigen Mars, den Wissenschaftler innen Tejan nennen, kollidierte mit der jungen Erde in einem streifenden Einschlag von unvorstellbarer Gewalt. Die Simulationen, die Forschende mit modernen Supercomputern durchführen, zeigen, dass dieser Einschlag die äußeren Schichten beider Körper verflüssigte und in den Orbit schleuderte. Aus dem Material, das im Orbit der Erde verblieb, formte sich innerhalb von Hunderten von

7:06 Jahren wiederum durch Akkretion der Mond. Über dieses Thema haben wir auch schon eine Folge gemacht, die ich ebenfalls verlinken werde, falls sich auch diese Folge interessiert, hört dort gerne mal rein. Die Giant Impact Hypothese, wie dieser Erklärungsansatz heißt, der von den Wissenschaftlern William K.

7:24 Hartmann und Donald R. Davis 1975 erstmals ausführlich beschrieben wurde, erklärt eine Reihe von Eigenschaften des Mondes, die sonst schwer zu verstehen wären. Warum der Mond eine fast identische Sauerstoffisotopenzusammensetzung wie die Erde hat, was auf gemeinsames Material hindeutet, warum der Mond relativ wenige flüchtige Elemente wie Wasser enthält.

7:47 Sie wurden beim Einschlag verdampft und warum der Mond keinen bedeutenden Eisenkern hat der Kern teljas wurde in den Erdkern integriert und ist ebenfalls abgesackt in die Mitte. Die Entstehung des Mondes war kein Unglück für die Erde, sondern vielleicht eine der wichtigsten Voraussetzungen für das Leben.

8:06 Der Mond stabilisiert die Rotationsachse der Erde. Ohne ihn würde die Erde torkeln wie ein Kreisel, dessen Umdrehungen langsamer werden und die Neigung der Erdachse würde chaotisch zwischen fast 0 und fast 90 Grad schwanken. Das würde dramatische Klimaveränderungen erzeugen, die möglicherweise die Entstehung stabiler biologischer Formen verhindert hätten. Der Mond, unser treuer Begleiter, ist also mehr als ein hübsches Leuchten am Nachthimmel, er ist ein kosmischer Stabilisator, das Hedaecum. War nicht nur von internen geologischen Prozessen geprägt, sondern auch von einem externen Bombardement vor etwa 4,1 bis 3,8 Milliarden Jahren in einem Zeitraum, den Planetenwissenschaftler innen

8:50 als spätes schweres Bombardement bezeichnen, wurde die Erde und das gesamte innere Sonnensystem von einer Welle aus Asteroiden und Kometen getroffen, die möglicherweise durch Bahnveränderungen der großen Gasplaneten, insbesondere Jupiter und Saturn. Aus dem äußeren Sonnensystem in innere Bereiche gelenkt, wurden die Spuren dieses Bombardements sind auf der Erde durch die geologische Aktivität weitgehend verwischt worden. Die Plattentektonik, durch die die ozeanische Kruste im Laufe von Jahrmillionen in den Erdmantel abtaucht und erneuert wird, hat jeden Krater aus dieser frühen Zeit eliminiert, die kontinentale Kruste ist zwar beständiger, aber auch sie wird durch Erosion, Metamorphose und

9:33 vulkanische Überprägung so gründlich verändert. Dass Einschlagskrater aus dem Hederikum praktisch nicht erhalten sind. Die ältesten identifizierten Einschlagkrater auf der Erde wie der Vredefort Krater in Südafrika mit einem Alter von etwa 2,02 Milliarden Jahren oder der Sudberry Kreis in Kanada mit 1,85 Milliarden Jahren, sind geologisch jung im Vergleich zum späten schweren Bombardement auf dem Mond, der geologisch weitgehend inaktiv ist, kann man die Krater dieser Epoche noch heute sehen.

10:06 Die meisten der großen Lunaren Krater und Meere, die dunklen Ebenen, die wir als Gesicht des Mannes im Mondes wahrnehmen, entstanden in diesem Bombardement auf der Erde selbst sind kaum Spuren enthalten, doch das späte schwere Bombardement hat möglicherweise einen überraschenden Nebeneffekt, es könnte Wasser und organische Verbindungen auf die Erde gebracht haben, Kometen und bestimmte Arten von Meteoriten, die sogenannten Koligen Kondriten.

10:34 Enthalten erhebliche Mengen an Wasser in Form von Hydraten und flüchtigen organischen Molekülen, darunter Aminosäuren, also die Baustelle des Lebens. Die Frage, woher das Wasser der Erde stammt, ist noch nicht vollständig geklärt, aber das Bombardement durch wasserreiche Körper aus dem äußeren Sonnensystem ist eine der wichtigsten und vielversprechendsten Hypothesen irgendwann im frühen Hedeeicum oder im Archeicum vor etwa 4,4 bis 4 Milliarden Jahren.

11:04 Begann die Oberfläche der Erde abzukühlen, als die Temperatur unter den Siedepunkt des Wassers sank. Ein Prozess, der angesichts der damals viel stärkeren Sonnenaktivität und der internen Wärmequellen Hunderte von Millionen Jahren dauerte, begann Wasser zu kondensieren, Regen fiel auf, die heiße Oberfläche, verdampfte zunächst, aber sofort wieder, fiel erneut und langsam. Über Millionen Jahre füllten sich die Vertiefungen der Erdoberfläche mit Wasser.

11:33 Die ersten Ozeane entstanden zunächst flach und heiß mit einer Oberflächentemperatur, die heute unvorstellbar wäre, aber eben stetig abkühlend. Diese frühen Ozeane waren keine blauen, stillen Gewässer, sondern brodelnde, mineralreiche Lösungen unter einem Himmel, in dem keine Sonne sichtbar war, weil dichte Wolken aus Wasserdampf und Kohlendioxid das Licht filterten. Die Meere absorbierten große Mengen des atmosphärischen Kohlenstoffdioxids.

12:02 Durch chemische Reaktionen mit dem Gestein des Meeresbodens, ein früher natürlicher Treibhausgas regulationsmechanismus, der zur allmählichen Abkühlung des Planeten beitrug. Das älteste Zeugnis von flüssigem Wasser auf der Erde sind Zirkone aus dem Jack Hills Gebirge in Westaustralien. Diese mikroskopisch kleinen Mineralkristalle, die ältesten bekannten irdischen Minerale überhaupt, sind bis zu 4,404 Milliarden Jahre alt, die.

12:32 Ihre Zusammensetzung zeigt Hinweise darauf, dass sie sich in Anwesenheit von flüssigem Wasser gebildet haben, was bedeutet, dass die Erde bereits weniger als 200000000 Jahre nach ihrer Entstehung flüssiges Wasser an ihrer Oberfläche hatte. Für Planetenwissenschaftler innen war das eine Überraschung, man hatte erwartet, dass die frühe Erde viel länger ein glühender Feuerball blieb, die frühe Atmosphäre der Erde war grundlegend anders als die heutige. Sie bestand hauptsächlich aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff, Methan und Schwefelverbindung, also ein giftiger Cocktail für heutige Lebewesen, aber eben auch die Ausgangsbedingungen für alles, was kommen sollte. Sauerstoff gab es praktisch

13:14 nicht, er sollte erst Milliarden von Jahren später durch die Photosynthese lebender Organismen in die Atmosphäre gelangen, das Archäikum, das vor etwa 4. Bis 2,5 Milliarden Jahren vor heute reicht, ist die Epoche, in der sich die Erde langsam die Gestalt eines bewohnbaren Planeten annahm. Besonders bedeutsam ist in dieser Epoche die Entstehung der ersten stabilen Kontinentalkrusten die ältesten bekannten Gesteinsformationen der Erde. Das Accasta Gneis in Kanada ist 4 Milliarden Jahre alt und zeigt, dass sich schon sehr früh stabile Krustenblöcke bildeten, die dem andauernden geologischen Recycling standhielten. Auf diesen Krathons, so nennt man diese alten, stabilen Bereiche der Kontinente, ruhen

14:01 heute die ältesten Gebirge und Landmassen der Erde, der Krathon des Kappwalls in Südafrika, derjenige westaustraliens und der kanadische Schild der. Sind lebendige Relikte dieser frühen Erdgeschichte, in der die Erde langsam die Gestalt eines bewohnbaren Planeten annahm, die ältesten fossilen Belege für Leben auf der Erde sind stromanoiden schalenförmige Strukturen, die von Cyanobakterien und anderen Mikroorganismen aufgebaut werden.

14:31 In Westaustralien werden diese auf etwa 3,5 Milliarden Jahre geschätzt. Noch ältere potenzielle Belege sind umstritten. Graphiteinschlüsse in den Gesteinen aus Grönland, die möglicherweise 3,7 bis 4 Milliarden Jahre alt sind, zeigen ein Kohlenstoff isotopenverhältnis, das für biologische Prozesse charakteristisch ist. Ob es sich dabei wirklich um Reste von Lebewesen handelt oder um rein geologische Prozesse, diskutieren Forscherinnen bis heute.

14:59 Sicher ist, das Leben entstand sehr früh. Wenn die ersten sicheren Belege 3,5 Milliarden Jahre alt sind und die Erde selbst erst 4,5 Milliarden Jahre alt ist, dann gab es nur etwa eine Milliarde Jahre Zeit, eine geologisch kurze Zeitspanne, in der aus einer lebensfeindlichen Schmelze ein Planet wurde, auf dem Leben entstehen konnte.

15:23 Das wirft eine der tiefsten Fragen der Wissenschaft auf. Wie entstand das erste Leben, wie entstand aus Unbelebter Chemie? Die ersten sich selbst reproduzierenden Strukturen? Diese Frage ist noch nicht beantwortet. Wir wissen, dass die Bausteine grundsätzlich vorhanden waren, Aminosäuren, Nukleotide, Lipide, weil wir sie in Meteoriten und in Laborexperimenten, die die frühe Erdatmosphäre simulieren, nachweisbar waren.

15:52 Das berühmte Miller Uay. Experiment von 1953, durchgeführt vom Chemiker Stanley Miller und dem Nobelpreisträger Harold Urey an der Universität Chicago, zeigte, dass durch elektrische Entladung in einer Atmosphäre aus Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf spontan Aminosäuren entstehen können. Doch von der Aminosäure zum ersten Leben ist es dennoch ein weiter Weg, den wir noch nicht vollständig beschreiben können. Eine der faszinierendsten Hypothesen. Ist die der hydrothermalen Quellen an den Tiefseequellen, den sogenannten Black Smokern und weit smokern, wo heißes mineralreiches Wasser aus dem Meeresboden quillt, herrschen Bedingungen, die für die Entstehung der ersten biochemischen Reaktionsketten

16:39 geeignet gewesen sein könnten. Hier gibt es einen ständigen Energiefluss. Keine Sonne, aber chemische Energie hier gibt es Mineraloberflächen, die als Katalysatoren wirken können. Und hier gibt es einen Schutzraum vor dem UV Bombardement der frühen Sonne. Daher sehen viele Forscher innen in diesen Submarin Vulkanquellen die Liege des Lebens und finden dort bis heute Organismen, die eben ohne Sonnenlicht gedeihen und einen Einblick geben könnten, wie das früheste Leben der Welt ausgesehen haben könnte. Die Geschichte der Erde ist die Geschichte unserer Herkunft. Jedes Atom in unserem Körper wurde einst in den Kernen von Sternen erzeugt, die Milliarden von Jahren vor der Entstehung der Erde explodierten.

17:21 Wir sind, wie ich schon oft gesagt habe, buchstäblich aus Sternenstaub gemacht, dieser Planet, der aus einem chaotischen Nebel entstand, der Bombardements überstand, der sich in Milliarden Milliarden Abkühlte und ordnete und durch die Phytosynthese von Cyanobakterien mit Sauerstoff anreicherte. Dieser Planet ist der einzige Ort, von dem wir wissen, dass Erleben trägt in einem Universum von Hunderten von Milliarden Galaxien jene mit hunderten von Milliarden Sternen. Ist diese Erde nach aktuellem Wissensstand das einzige Zuhause, das wir kennen.

17:55 Der einzige Ort, an dem sich inmitten der kosmischen Stille das Wunder des Lebens eignet hat, und wir sind gerade erst seit einem Wimpernschlag der Erdgeschichte hier. Lass uns alle daran arbeiten, dass wir noch möglichst lange hier sein können und diese Erde schützen.