Alles Wasser der Erde …

BLOG: Go for Launch

Raumfahrt aus der Froschperspektive
Go for Launch

Ein Freund wies mich auf diesen Artikel auf der Webseite des USGS und die darin enthaltenen Grafiken hin. Alles Wasser auf der Erde würde zusammengenommen in eine Kugel mit einem Durchmesser von knapp 1400 km passen.

Das hat mich schon einmal erstaunt – intuitiv hätte ich auf weniger getippt. 1400 km … das ist fast genau der Durchmesser des Saturnmonds Japetus.

Sehr interessant ist auch die tabellarische Aufstellung (freundlicherweise auch in metrischen Einheiten), die zuordnet, wie viel Wasser man wo findet – und wie gering der Anteil des Süßwassers ist, selbst wenn man das in den Polkappen, in Gletschern und in permanentem Schnee gebundene Eis hinzu zählt. Die zweitgrößte Süßwasserquelle nach Polkappen, Gletschern und Schnee ist Grundwasser und die viertgrößte nicht etwa Seen, sondern Bodeneis und Permafrost – dort ist mehr als drei Mal so viel gespeichert wie in Süßwasserseen.

Das war für mich gleich die nächste Überraschung.

Michael Khan

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

17 Kommentare

  1. @Hans: APOD

    Donnerwetter. Das hatte ich gar nicht bemerkt. Da muss ich aber sagen, dass der Begriff “Astronomy Picture” dann doch etwas sehr großzügig ausgelegt wurde.

  2. Ursrpung des Wassers

    Das Bild des “Wassertropfens” oben erstaunt mich schon – intuitiv hätte ich auf viel mehr getippt. Vielleicht weil ich mir die Ozeane als fast beliebig tief vorstelle und an den Marianegraben mit seiner Tiefe von 11000 m (?) denke.

    Es gibt ja schon lange die These, das viele Wasser der Meere und Eiskappen sei in Form von herunterregnenden Asteroiden und Kometen auf die Erde gekommen.

    Erst dieses Bild macht das für mich nachvollziebar. Scheinbar gibt es doch nicht soviel Wasser auf der Erde, wie viele spontan meinen.

  3. @Martin Holzherr: Herkunft des Wassers

    Soweit ich weiß, beträgt die mittlere Meerestiefe 3.7 km. Das stelle ich mir wie eine hachdünne Haut vor in Relation zum mehr als 1700 Mal größeren Erdradius. Daher kam auch meine Vorstellung, dfas gesamte Wasservolumen könne gar nicht so viel sein.

    Aber wenn ich mal nachrechne, ist die Erdoberfläche 512 Millionen qkm. Davon sind rund 70% Ozeane, also 358 Millionen qkm. Das mal 3.7 km macht 1.32 Milliarden Kubikkilometer. Und das wiederum entspricht wirklich einer Kugel mit einem Durchmesser von fast 1400 km.

    Dass ein erheblicher Anteil des Wassers auf der Erde kometaren Ursprungs ist, ist meines Wissens die gängige Theorie, aber es herrscht erhebliche Uneinigkeit darüber, wie hoch der eingebrachte Anteil ist.

    Dass hierüber so viel Uneinigkeit besteht, zeigt auch, dass es zur Entwicklung der sehr jungen Erde noch erhebliche Meinungsunterschiede geben muss. Je nachdem, wie heiß sie war und wie lange sie so heiß war, muss sie sich mehr oder weniger ihrer volatilen Bestandteile entledigt haben.

    Die Analyse der Monde der Gasplaneten, aber auch die Zusammensetzung der primordialen Kleinplaneten legt nahe, dass der Anteil der volatilen Bestandteile an dem Material der protoplanetaren Scheibe beträchtlich sein muss. Offenbar ist das, was der heißen Phase der Erdakkretion von diesen Bestandteilen nicht wieder verloren ging, nur ein kläglicher Rest. Jetzt kann man sich über die genaue Definition von “kläglich” streiten.

    Nach der Ankunft von Rosetta am Zielkometen werden wir mehr wissen.

  4. 1 Asteroid könnte reichen

    Was mich an dem Bild überrascht hat, dass im Prinzip ein einziger Einschlag eines wasserreichen Asteroids auf der Erde ausreichen würde, um den Ursprung des Wassers auf der Erde erklären zu können.

    Das würde freilich nur funktionieren, wenn die Erde zum Zeitpunkt des Impakts kalt genug war, dass nicht sofort der Großteil des gewonnenen Wassers wieder verdampft wäre.

  5. @Andreas

    Das würde freilich nur funktionieren, wenn die Erde zum Zeitpunkt des Impakts kalt genug war, dass nicht sofort der Großteil des gewonnenen Wassers wieder verdampft wäre.

    Ein Asteroid einer solchen Größe (deutlich mehr als 1400 km Durchmesser, denn beim Einschlag geht ja unweigerlich eine Menge Wasser verloren), dürfte doch aber die Erdkuste durchschlagen und im heißen Erdmantel enden. Da stellt sich mir die Frage, was dort mit dem Wasser des einschlagenden Körpers geschehen würde.

  6. @Mona

    Je kleiner der Körper, desto weniger Wärme wird bei seiner Akkretion generiert und desto mehr seines Wassers kann er behalten. Deswegen haben wohl alle Jupiter-Monde bis auf Io und alle Saturnmonde einen dicken Eispanzer. Europa hat in der Tat mit einiger Wahrscheinlichkeit einen flüssigen Ozean unter der Eiskruste, Titan auch, wie wir jetzt wissen, und vielleicht auch Ganymed.

    ‘Atmosphäre’ ist ein gutes Stiuchwort – wir sollten nicht vergessen, dass das Kohlendioxid der frühen Erdatmosphäre (die allererste bestand aus den ganz leichten volatilen Bestandteilen der akkretierten Materie wie Wasserstoff und wurde sehr schnell verloren), die zweite aus den schwereren volatilen Bestandteilen, vorwiegend Kohlendioxid) durch Wasser ausgewaschen wurde und nun in Form von Carbonaten permament in der Kruste fixiert ist. Dahin ist also auch eine Menge ursprünglich vorhandenen Wassers verschwunden. Ansonsten wäre es der Erde so ergangen wie der Venus.

  7. Atmosphäre

    Die Kugel der Atmosphäre hat bei dem Druck von einer Atmosphäre natürlich ein grösseres Volumen, als wenn sie die Dichte des Wassers hätte.

    1000 / 1,29 = rund 775

    Die Kubikwurzel von 775 = rund 9,2

    Sehen Sie nach oben, die hypothetische Atmosphäre mit der Dichte des Wassers ist nur rund 10 Meter hoch.

  8. @Michael Khan: Wasser auf dem Mond

    Wenn die Erde ihr Wasser von herabstürzenden Asteroiden und Kometen erhalten hat, müsste auch viel Wasser auf dem Mond gelandet sein. Man sollte eigentlich recht viel Eis in den immer beschatteten Kratern des lunaren Südpols erwarten.
    Tatsächlich gibt es dort Wasser, aber doch nicht soviel wie – im Vergleich zur Erde – zu erwarten.

    Eine Erklärung wäre, dass die Bombardierung von Erde und Mond mit wasserhaltigen Planetoiden sehr früh stattgefunden hat und später stark zurückging. Der Erdmond hätte in dieser frühen Phase vielleicht noch gar keine genügend tiefen Südpolkrater gehabt, wo sich Eis ablagern konnte.
    Eine andere Erklärung wäre, dass die Mondbahn und die Lage des Mondes zur Sonne sich in der Frühphase des Erd-Mondsystems immer wieder geändert hat, so dass es über einen längeren Zeitraum keine Mondkrater gab, die nie von der Sonne beschienen wurden.

  9. Wasser auf dem Mond

    Das Wasser auf dem Mond konnte auf Grund seiner geringen Gravitation und seiner relativ hohen Durchschnitts-Oberflächen-Temperatur leider problemlos entkommen.

  10. @Karl Bednarik: Wasser in Mondkratern

    In nicht-beschienenen Mondkratern sollte man Wasser erwarten. Natürlich sublimiert Eis – geht also direkt in die Gasphase über – dennoch dürfte es lange dauern bis ein vollkommen mit Eis ausgefüllter, nicht von der Sonne beschienener Mondkratergrund all sein Eis durch Sublimation verliert – denn in Gebieten auf dem Mond ohne Sonnenlicht dürfte die Temperatur unter -200 °C fallen.

    Deshalb vermute ich, dass es gar keine Mondkrater gibt, die im Verlaufe der letzten paar Milliarden Jahre nie von der Sonne beschienen wurden. Die Mondbahn war ja wahrscheinlich nicht von Beginn weg so stabil wie heute, so dass ein heute völlig im Schatten liegender Mondkrater früher einmal sehr wohl von der Sonne beschienen wurde.

  11. Dampfdruck, off topic

    Im Kuiper-Gürtel gibt es zahlreiche masse-arme Objekte, die Wasser-Eis enthalten.

    Daraus folgt, dass der Dampfdruck von Wasser bei den im Kuiper-Gürtel herrschenden Temperaturen geringer sein muss, als der im Kuiper-Gürtel herrschende Gasdruck, der natürlich auch ziemlich gering ist.

    Im Kuiper-Gürtel liegt also ein mit Wasserdampf gesättigtes Hochvakuum vor.

    Ähnliches gilt vermutlich auch für den Dampfdruck von Ammoniak und von Methan.

    Laienfrage:

    Unterhalb von welchen Temperaturen ist ein fester Körper aus Wasser, Ammoniak oder Methan auch im Hochvakuum stabil?

  12. Dampfdruck, die Antwort

    Ich habe herausgefunden, ab welcher Sonnenentfernung man feste Wasserstoffverbindungen finden kann.

    Depending on density, that temperature is estimated to be about 150 K.

    The frost line of the Solar System is around 2.7 AU, near the middle of the asteroid belt.

    http://en.wikipedia.org/…rost_line_(astrophysics)

  13. Ozeane nicht allein ausAsteroidenwassser

    Das Arxiv-Dokument A Compound model for the origin of Earth’s water kommt zum Schluss, dass allenfalls 20% des Wassers auf der Erde aus Asteroiden stammt. Diese Grenze lässt sich aus dem Isotopenverhältnis Deuterium/Wasserstoff im Erdwasser im Vergleich zum Asteroidenwasser ziehen.
    Nach dem Modell der Autoren hat es in der habitablen Zone um die Sonne herum auch andere Wasserquellen. Sie schreiben dazu “local adsorption of water vapor
    onto dust grains in the primordial nebula and delivery through planetesimals
    and planetary embryos have become more prominent. However, no sole source of
    water provides a satisfactory explanation for Earth’s water as a whole”

  14. So gigantisch die Wassermenge im Vergleich zur Erdoberfläche ist, so gering ist der Anteil am Gesamtvolumen der Erde.
    Lediglich 0,13% des Volumens unserer Erde ist Wasser

Schreibe einen Kommentar