Die Entstehung der Erde

4600 Millio­nen Jahre
oder 1122 Meter vor heute

Zeit­al­ter: Hadai­kum

Nach allem was wir wissen, ist die Erde vor 4,6 Milli­ar­den Jahren zusam­men mit der Sonne und den ande­ren Plane­ten unse­res Sonnen­sys­tems als glühen­der Feuer­ball aus einer Gaswolke entstan­den.
Das Univer­sum selbst ist zu diesem Zeit­punkt bereits 9,2 Milli­ar­den Jahre alt. Würde man eine Stelle markie­ren, die den Beginn von Raum und Zeit darstellt, läge diese etwa 2,2 km vor diesem Schild.
Irgendwo auf dem Weg zum nächs­ten Schild setzt die chemi­sche Evolu­tion ein. Darun­ter versteht man die abio­ti­sche Bildung größe­rer Mole­küle aus den Bestand­tei­len der Ursuppe. Am nächs­ten Schild geht sie in die biolo­gi­sche Evolu­tion über. Dort, in nur 122 Metern Entfer­nung, beginnt die Entwick­lung des Lebens – die Evolu­tion.
Bereits 500 Millio­nen Jahre nach der Entste­hung unse­res Sonnen­sys­tems sind erste Spuren von Leben auf der Erde nach­weis­bar. Dies lässt vermu­ten, dass unter geeig­ne­ten Bedin­gun­gen die Entste­hung von Leben nicht so unwahr­schein­lich ist, wie lange Zeit ange­nom­men wurde.

Die Erde ist extrem heiß. Nach Abklin­gen des Meteo­ri­ten­bom­bar­de­ments kühlt sie soweit ab, dass eine dünne Kruste entsteht. Durch Vulka­nis­mus und Ausga­sun­gen bildet sich eine erste Atmo­sphäre, noch ohne Sauer­stoff. Etwas flüs­si­ges Wasser konden­siert aus ausga­sen­dem Wasser­dampf.

 


Dem aktu­el­len Stand der Wissen­schaft zufolge ist das Welt­all etwa 13,8 Milli­ar­den Jahre (also 13 800 Millio­nen Jahre) alt. Im Moment des Urknalls entstan­den die Zeit, der Raum und die Mate­rie und began­nen, sich auszu­deh­nen. Die Expan­sion dauert noch heute an.

Das Grund­ma­te­rial aller Mate­rie entstand in Bruch­tei­len der ersten Sekunde nach dem Urknall: Elemen­tar­teil­chen fusio­nier­ten zu Proto­nen und Neutro­nen, den Bestand­tei­len der ersten Atom­kerne. Nach etwa 300 000 Jahren hatte sich das Univer­sum soweit abge­kühlt, dass sich erste stabile Atome bilden konn­ten. Ein Gemisch aus Wasser­stoff, Deute­rium und Helium füllte das gesamte Univer­sum. Unre­gel­mä­ßige Verdich­tun­gen dieser Gasmas­sen bilde­ten die Konden­sa­ti­ons­keime für die Entste­hung von Ster­nen.

Unser Sonnen­sys­tem

Aus einer solchen Verdich­tung von Staub, Gas und Eis entstand vor etwa 4,6 Milli­ar­den Jahren unsere Sonne. Umkreist wurde sie von einer riesi­gen Scheibe von Mate­rie, in der sich Millio­nen Brocken verdich­te­ten, die durch Kolli­sio­nen mitein­an­der verschmol­zen und durch Gravi­ta­tion klei­nere Brocken anzo­gen und in sich aufnah­men.

Proto­pla­ne­tare Scheibe um einen jungen Stern. (Quelle: NASA, auf  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Protoplanetary_disk.jpg)

Einige dieser so entstan­de­nen Aste­roi­den kolli­dier­ten und bilde­ten die Vorläu­fer der Plane­ten, unter ande­rem den Proto­pla­ne­ten der Erde. In ihn hinein­stür­zende Meteo­ri­ten und Kome­ten ließen seine Masse heran­wach­sen. Durch radio­ak­ti­ven Zerfall und die bei den Kolli­sio­nen frei­wer­dende Ener­gie entstand große Hitze. Unter Einwir­kung dieser Hitze und der Schwer­kraft trennte sich vor 4,4 Milli­ar­den Jahren der metal­li­sche (eisen­hal­tige) Erdkern vom (sili­ka­t­hal­ti­gen) Erdman­tel.

Im Rahmen der letz­ten großen Kolli­sion der entste­hen­den Erde (nach einer grie­chi­schen Göttin Gaia genannt) mit einem etwa mars­gro­ßen Körper (dieser wurde Theia genannt) ist übri­gens der Mond (Luna) entstan­den – aus Mate­rial, dass beim Aufprall des Himmels­kör­pers aus der Erde heraus­ge­ris­sen und empor­ge­schleu­dert wurde.

Etwa 10000 Jahre nach diesem Ereig­nis hatte der Mond seine heutige Masse und Form erreicht. Er umkreiste die Erde zunächst in einer recht nahen Umlauf­bahn (Radius ca. 60 000 km), und die dadurch hervor­ge­ru­fe­nen sehr großen Gezei­ten­kräfte defor­mier­ten beide Himmels­kör­per eiför­mig. Starke Reibungs­kräfte in den flüs­si­gen Gestei­nen verlang­sam­ten die Rota­tion beider Himmels­kör­per und verän­der­ten den Dreh­im­puls des Mondes, so dass sich sein Bahn­radius nach und nach vergrö­ßerte (heute ca. 380 000 km).

Abküh­lung der Erdober­flä­che, Entste­hung der Atmo­sphäre

Inner­halb weni­ger Millio­nen Jahre nach dieser großen Kolli­sion verfes­tigte sich der Erdman­tel von innen nach außen. Über dem noch plas­ti­schen Mate­rial bildete sich die zunächst noch dünne Erdkruste, die jedoch durch Einschläge teils plane­ten­gro­ßer Meteo­rite und Vulkan­aus­brü­che immer wieder aufge­ris­sen wurde.

Durch die wach­sende Schwer­kraft wurden aus dem Inne­ren der Erde ausströ­mende Gase und Wasser­dampf als Urat­mo­sphäre fest­ge­hal­ten. Der Wasser­dampf stammte vermut­lich über­wie­gend von wasser­rei­chen Aste­roi­den aus den äuße­ren Berei­chen des Aste­roi­den­gür­tels. Neben Wasser­dampf (80%) enthielt die Urat­mo­sphäre vor allem Kohlen­di­oxid (20%), Schwe­fel­was­ser­stoff, Methan und Ammo­niak.

Nach Abküh­lung unter den Siede­punkt des Wassers setz­ten Dauer­re­gen­fälle ein. Regen und Flüsse wuschen Mine­ra­lien aus der Erdkruste aus, die gelös­ten Stoffe sammel­ten sich in den entste­hen­den Ozea­nen. UV- und radio­ak­tive Strah­lung sowie Blitze führ­ten zur Entste­hung von Radi­ka­len und Ionen in der Atmo­sphäre, die eben­falls in die Ozeane gelang­ten und dort, zusam­men mit den bereits vorhan­de­nen Mine­ra­lien und Mole­kü­len (wie CH4, NH4, H2O, CO2 und H2S), die Ursuppe bilde­ten.

Die Erdober­flä­che war aufgrund der damals noch schwa­chen, jungen Sonne eher kühl. Die Atmo­sphäre war sauer­stoff­frei und dementspre­chend nicht von einer Ozon­schicht umge­ben.

Inne­rer Aufbau der Erde heute. 

Schich­ten­be­nen­nung nach chemi­scher Zusam­men­set­zung:
1 Erdkruste,
2 Erdman­tel,
3 Erdkern (3a äuße­rer Erdkern, 3b inne­rer Erdkern)
Schich­ten­be­nen­nung nach mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten:
4 Litho­sphäre,
5 Asthe­no­sphäre
6 äuße­rer Erdkern,
7 inne­rer Erdkern.
(Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth-cutaway-schematic-numbered.svg?uselang=de).

Bildung erster Mole­küle

UV-Strah­len gelang­ten unge­hin­dert zur Erdober­flä­che. Gemein­sam mit elek­tri­schen Entla­dun­gen liefer­ten sie die Ener­gie für die Bildung erster größe­rer Mole­küle aus den Bestand­tei­len der Ursuppe. Dies geschah vermut­lich im Schutz klei­ner Hohl­räume von Gestei­nen im Gezei­ten­saum der dama­li­gen Ozeane. Zu diesen ersten abio­tisch entstan­de­nen Mole­kü­len zähl­ten unter ande­rem viele Amino­säu­ren (die Bestand­teile von Prote­inen) und Porphy­rine (Bestand­teile von Hämo­glo­bin und Chlo­ro­phyll). Weitere chemi­sche Reak­tio­nen führ­ten zur Entste­hung von Zuckern und jenen Basen, die noch heute als wich­tige Bestand­teile von Nukle­in­säu­ren an der Kodie­rung der Erbinfor­ma­tion betei­ligt sind. Diese Prozesse bezeich­net man als chemi­sche Evolu­tion. Aus diesen Mole­kü­len entstan­den, noch auf abio­ti­sche Weise, Makro­mo­le­küle wie Prote­ine und vermut­lich auch kleine Nukle­in­säu­ren (RNAs).

Der Beginn der biolo­gi­schen Evolu­tion fand vermut­lich vor etwa 4,1 Milli­ar­den Jahren statt, also nur etwa 500 Millio­nen Jahre nach der Entste­hung der Erde. Aus dieser Zeit sind erste Spuren von Leben auf der Erde nach­weis­bar.

Erdzeit­al­ter und ihre Zeit­dauer im Über­blick (nach Wiki­pe­dia).

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