Geokommission

Das Sonnensystem ist aus interstellarer Materie geformt, die – möglicherweise nach einer Supernovaexplosion – zu Staub kondensierte und sich durch ihre eigene Schwerkraft zu einer Wolke verdichtete. Dieses interstellare Medium bildete das Baumaterial für die großen Planeten und Kleinstplaneten (Planetesimale). Von den Planetesimalen sind im Asteroidengürtel Bruchstücke erhalten geblieben, die die Erde in Form von Meteoriten erreichen. Der Zerfall kurzlebiger radioaktiver Elemente (also von Radionukliden mit Halbwertszeiten im Bereich von Millionen von Jahren) setzte genug Wärme frei, um früh entstandene Kleinstplaneten aufzuschmelzen. Ähnlich wie bei der Erde bildeten sich bei diesen Himmelskörpern ein Metallkern und ein silikatreicher Mantel. Durch isotopen­geochemische Altersbestimmungen auf der Basis von radioaktiven Zerfallsreihen können die Zeitskalen dieser fundamentalen Prozesse jetzt sehr genau entschlüsselt werden. Die älteste uns bekannte kondensierte Materie ist auf 4,567 bis 4,568 Milliarden Jahre datiert, mit einer Genauigkeit von einigen 100.000 Jahren. Die Bildung und Differenzierung von Kleinplaneten war zehn Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems weitestgehend abgeschlossen. Die großen, inneren Planeten des Sonnensystems sind durch Kollisionen von etwa 150 mondgroßen Planetesimalen, den so genannten Embryos, entstanden. Diese Embryos repräsentieren lokale Anhäufungen von Materie. Sie waren anfänglich über das gesamte innere Sonnensystem verteilt und wurden dann durch gravitative Wechselwirkungen auf exzentrische Bahnen abgelenkt. Modellrechnungen haben ergeben, dass daraus durch zahlreiche Zusammenstöße über einen Zeitraum von etwa 100 Millionen Jahren die vier inneren Planeten des Sonnensystems gewachsen sind.

Ein weiterer wichtiger Prozess bei der Planetenbildung waren Meteoriteneinschläge. Das zeigen Mondgesteine und das Wachstum der inneren Planeten. So entstand der Erdmond wahrscheinlich durch die späte Kollision eines marsgroßen Körpers mit der fast fertigen Erde. Der Einschlag war streifend, und das Projektil muss einen Metallkern besessen haben. Das erklärt den hohen Gesamtdrehimpuls des Erde-Mond-Systems und den niedrigeren Eisengehalt des Mondes. Abgesehen von den Unterschieden im Eisengehalt gibt es eine Reihe bemerkenswerter chemischer und isotopischer Ähnlichkeiten zwischen Erde und Mond, die durch bestehende Modellvorstellungen nur schwer zu verstehen sind. Verschiedene Autoren haben berechnet, dass ein erheblicher Teil der Mondmasse aus Material des Impaktors bestehen sollte. In Anbetracht der ­großen Unterschiede zwischen den Sauerstoffisotopen verschiedener Meteoritengruppen ist es überraschend, dass der Mond genau dieselben Verhältnisse wie die Erde besitzt. Wenn genau bekannt ist, welche Wechselwirkungsprozesse während der frühen Geschichte des Sonnensystems zwischen fremden Himmelskörpern und der Erde abliefen, lässt sich auch die Entstehungsgeschichte der ersten Kontinente und des Lebens auf der Erde verstehen. Möglicherweise wird auch klar, ob primitive Lebensformen auf anderen Planeten entstanden sein könnten.

Planetenforschung befriedigt ein grundlegendes Interesse der Menschheit an ihren Wurzeln. Ein naturwissenschaftlicher Wissenspool über die Entstehung des Sonnensystems ist gleichzeitig ein wichtiger Schlüssel zum Verständnis der Frühgeschichte der Erde. In den letzten zehn Jahren hat sich in unserer Gesellschaft unterschwellig wieder eine gewisse Skepsis gegenüber naturwissenschaftlicher Grundlagenforschung verbreitet. Beispielhaft lässt sich hier die heute wieder aktuelle Debatte über Kreationismus oder Intelligent Design nennen. Die Naturwissenschaften stehen wieder vermehrt in direkter Konkurrenz zu einer fundamentalen Schöpfungslehre. Die moderne Planetenforschung und Kosmochemie spielen eine wichtige Rolle dabei, den drohenden Einzug naturwissenschaftlichen Halbwissens in den Bildungssektor und in das gesellschaftliche Allgemeinbewusstsein zu verhindern.

Es ist zu erwarten, dass in den nächsten Jahrzehnten bemannte und unbemannte Raumfahrtmissionen zu Nachbarplaneten, Kometen, Asteroiden und zum Mond durchgeführt werden. Diese Missionen werden zahlreiche Proben außerirdischer Materie zur Erde bringen. Ein erster Vorbote dieses Trends war die Stardust-Mission, die erstmals Probenmaterial von Kometen sammelte. Um im internationalen Wettbewerb mithalten zu können, muss eine methodische Infrastruktur geschaffen werden, die es ermöglicht, auch kleinste Proben extraterrestrischen Materials mit hoher Genauigkeit zu untersuchen. Bisher war dies am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz möglich. Das Labor der Abteilung für Kosmochemie genoss höchste internationale Anerkennung, wurde aber 2005 geschlossen. Die dadurch entstandene Lücke muss schnell durch ein gleichwertiges Institut oder aber durch einen Verbund kleinerer Forschungseinrichtungen geschlossen werden.

Die Kosmochemie hat eine Vorreiterrolle, wenn es darum geht, neue analytische Verfahren in den Geowissenschaften einzuführen. Dies rührt daher, dass von extraterrestrischen Proben naturgemäß nur kleinste Mengen zur Verfügung stehen. Wissenschaftliche Durchbrüche in der Kosmochemie sind daher eng mit methodischen Fortschritten verknüpft. Beispiele für bedeutende methodische Innovationen aus der Kosmochemie sind räumlich hochauflösende Methoden (Mikrosonde, Ionensonde) oder isotopen- und spurenelementgeochemische Verfahren (Massenspektrometrie). Ein konkretes Beispiel für diesen erfolgreichen Methodentransfer: Die Erosion von Gebirgen lässt sich mit Hilfe so genannter kosmogener Nuklide bestimmen. Das sind Atome, die durch die Kollision kosmischer Strahlung mit der Erdatmosphäre entstehen. Dieses Verfahren wurde ursprünglich in der Kosmochemie entwickelt, um die Zeitdauer zu bestimmen, der ein Meteorit im Weltraum der Höhenstrahlung ausgesetzt war. Durch eine enge Anbindung der Kosmochemie lassen sich auch zukünftig neue Forschungsansätze in den Geowissenschaften verankern.

Die modernen Geowissenschaften verdanken ihr Innovationspotenzial dem engen Kontakt mit den anderen Naturwissenschaften. Grundlegende Fragen, etwa wie feste Materie im Sonnensystem entstanden ist und sich entwickelt hat, treiben die Geowissenschaften ebenfalls voran. Auf diese Weise kann angewandte Forschung von instrumentellen Entwicklungen der Grundlagenforschung profitieren. Eine erfolgreiche Förderpolitik muss daher die absolute Gleichwertigkeit von grundlagenorientierter Forschung und angewandter, oft gesellschaftlich motivierter Forschung, sicherstellen. Eine erfolgreiche planetologische und kosmochemische Grundlagenforschung muss auf verschiedenen Förderebenen verankert werden. Logistisch anspruchsvolle Forschungsprojekte wie zum Beispiel Weltraum­missionen erfordern es, auch in Zukunft Großforschungsinstitute beizubehalten und neu zu errichten. Darüber hinaus wird innovative Grundlagenforschung in der Planetologie oder Kosmochemie weiterhin sehr erfolgreich in universitären Kleingruppen durchgeführt werden, zum Beispiel mit analytischen oder experimentellen Ansätzen. Für diesen Forschungssektor wird das DFG-Normalverfahren zunehmend wichtiger.