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In der Erdkruste sind einige Elemente so stark angereichert, daß sie nahezu vollständig auf den Krustenbereich konzentriert sein müssen. Diese starke Anreicherung läßt sich schon in den ältesten kontinentalen Schilden feststellen. Es handelt sich hauptsächlich um die Elemente Barium, Lanthanium, Thorium und Uranium. Aber auch die Alkalimetalle und die Erdalkalimetalle (außer Magnesium) sowie die Seltenen Erden und Aluminium sind in der Erdkruste stärker konzentriert. Es fällt auf, daß alle diese Elemente mit Wasserstoff sogenannte salzartige Hydride bilden können. Das sind feste Verbindungen, in denen der Wasserstoff als negativ geladenes Anion vorliegt. Die salzartigen Hydride sind in einer Wasserstoffatmosphäre so stabil, wie es die allgemein bekannte Salze (z.B. Chloride, Sulfate, Nitrate) in unserer Sauerstoffatmosphäre sind.
Unter der Kosmischen Häufigkeit versteht man die allgemein bekannten Mengenverhältnisse der chemischen Elemente. Sie ist ziemlich genau bestimmt worden und gilt zumindest für die weitere Umgebung unseres Sonnensystems. Danach sind etwa 90% der Elemente Wasserstoff und 9% Helium, während sich auf das restliche eine Prozent alle übrigen Elemente verteilen. Wenn man von den unter 1. genannten, besonders stark angereicherten Elementen deren nachweisbare Masse ermittelt und ihren Anteil an der gesamten Materiemenge, also ihre Kosmische Häufigkeit kennt, dann läßt sich ausrechnen, wieviel Masse insgesamt bei der Entstehung der Erde zur Verfügung gestanden hat. Man kommt dabei in die Größenordnung der Jupitermasse.
Wenn man diese ursprüngliche Masse in dem weiteren Einzugsbereich der Erde verteilen würde, und zwar in einem Ring, der in der Höhe der Ekliptik entspricht und in dem inneren bzw. äußeren Radius der halben Entfernung zur Venus bzw. zum Mars, dann würde darin immerhin eine solche Teilchendichte herrschen, daß ein Teilchen schon nach der Wegstrecke von 1 cm mit einem anderen Teilchen zusammenstieße. Das macht die verbreitete Hypothese unwahrscheinlich, wonach die flüchtigen Elemente zunächst vom Sonnenwind fortgeweht wurden und die Erde sich dann aus dem kondensierten Rest bildete. Für die äußeren Planeten ab Jupiter würde dieser Bildungsmechanismus ohnehin nicht funktionieren. Bei der genannten Teilchendichte ist es vielmehr naheliegend, daß der Sonnenwind und das Magnetfeld der Sonne die Materiewolke so weit verdichteten, daß sie sich zum Riesenplaneten zusammenballen konnte.
Es liegt auf der Hand, daß die Erdkruste nicht mehr die Zusammensetzung aufweist, die der ursprünglichen, also der Kosmischen Häufigkeit (KH) entspricht. Die Abweichung davon liefert interessante Informationen. Wäre die Erde aus Präkondensaten entstanden, dann müßte es einen Zusammenhang zwischen der Kondensationstemperatur und der Abweichung von der KH geben. Die beiden Größen korrelieren jedoch überhaupt nicht, selbst dann nicht, wenn man Elemente mit ähnlichem spezifischem Gewicht vergleicht. Somit kann auch nicht eine nachträgliche Trennung nach der Dichte die Ursache für die fehlende Korrelation sein. Man erhält jedoch eine hervorragende Korrelation, wenn man mit dem chemischen Verhalten vergleicht. Die Konzentration eines Elementes in der Kruste ist gegenüber der KH um so mehr vermindert, je leichter es sich durch Wasserstoff zum Element reduzieren läßt. Ein Maß für die Bereitschaft, mit Wasserstoff zu reagieren, wäre das Ionisationspotential oder die Elektronegativität. Diese Kennwerte korrelieren hervorragend mit der Abweichung der vorhandenen Konzentration von der, die nach der Kosmischen Häufigkeit zu erwartenden wäre.
Ferner ist die Menge an den Elementen sehr stark verringert, die mit Wasserstoff flüchtige Hydride bilden können. Hier ist der Verlust ungefähr der Stabilität des Hydrids in der Gasphase proportional. Es liegt auf der Hand, daß diese Elemente als Hydride aus der Gasphase entwichen sind (siehe Periodensystem).
Nimmt man an, daß die ganze ursprüngliche Masse zu einem Riesenplaneten zusammenstürzt, dann muß sich angesichts des ungeheuren Wasserstoffüberschusses folgender Aufbau ergeben:
Ganz unten bzw. innen werden metallisierter Wasserstoff und Schwermetalle vorliegen, darüber ebenfalls in elementarem Zustand Eisen und Magnesium, darüber als Wasserstoffverbindungen, und zwar als salzartige Hydride, die übrigen Erdalkalien, die Alkalien, Aluminium und die Seltenen Erden. Diese sind die wesentlichen Bestandteile der Kruste, d.h. der Kontinente. Darüber würden sich die verschiedenen relativ flüchtigen Hydride anordnen, zunächst das zersetzliche Silan, das später als Siliziumdioxid wesentlicher Bestandteil der Kruste werden sollte, die stabileren gasförmigen Hydride, wie Ammoniak, Wasser, die Hydride von Schwefel, Phosphor, der Halogene usw. Diese Elemente sind weit weniger vorhanden, als der kosmischen Häufigkeit entsprechen würde, wobei ihr Verlust um so größer ist, je stabiler sie sind.
Welche Schlüsse lassen sich hieraus einmal hinsichtlich der bei der Planetenbildung freiwerdenden Gravitationsenergie ziehen und wie könnte die weitere Entwicklung verlaufen sein?
Wir wissen, daß feste Stoffe sich unter den Drücken, die man mechanisch erzeugen kann, nur wenig zusammendrücken lassen. Das ist verständlich, da man ja nur mit anderen festen Körpern Druck ausüben kann. Es gibt jedoch auch die Möglichkeit, in Stoßwellenversuchen das Verhalten von Materie zu studieren. Das sind Zustände, die mit Detonationswellen erzeugt werden und daher nur winzige Bruchteile von Sekunden existent sind. Doch schon diese zeigen, daß Materie sich dabei wesentlich stärker komprimieren läßt und sehr viel Energie aufnehmen kann. Eine ausreichende Information über das Verhalten bei langzeitiger Druckeinwirkung erhält man dabei allerdings nicht.
Wie der Platzbedarf eines Atoms bzw. Ions durch Krafteinwirkung dauerhaft verringert werden kann, erkennt man jedoch bei der gut bekannte Ionenkontraktion. Wenn man beispielsweise Neon, das Na(+1)-Ion, das Mg(+2)-, das Al(+3)- und das Si(+4)-Ion vergleicht, so haben diese alle 10 Elektronen. Trotzdem wird ihr Radius drastisch kleiner. Im Wesentlichen ist es die höhere elektrostatische Kraft des Atomkerns, die sie zusammendrückt. Mit einiger Mühe kann man diese in Druck-Kräfte umrechnen, aus denen man ersieht, daß wesentlich höhere Dichten der Materie möglich sind.
Wir wissen ferner, daß chemische Bindungen immer energiereicher werden, wenn die Abstände stark verringert sind. Die o.g. Stoßwellenversuche bestätigen das auch. Es folgt daraus, daß die ursprünglichen Riesenplaneten die bei ihrer Entstehung freigewordene Gravitationsenergie zu einem erheblichen Teil chemisch binden konnten. Man darf chemisch gebundene Energie nicht mit Wärme verwechseln. Wärme bedeutet Bewegung der Teilchen, und bei großem Platzmangel verbieten sich heftige Bewegungen. Dies ist ein allgemeines Prinzip in der Natur, benannt nach dem französischen Chemiker LE CHATELIER. Es besagt, daß sich ein System stets entsprechend seinen Möglichkeiten einem äußeren Zwang anpaßt. Bei Druck und Energieüberschuß versucht es Strukturen zu bilden, die Platz sparen und Energie verbrauchen.
Es gäbe verschiedene Möglichkeiten, wie ein ursprünglicher Riesenplanet Substanz verlieren könnte. Größere Sonnennähe würde zu Wasserstoffverlusten und damit zu Druckentlastung führen. Dadurch könnten einige Höchstdruckverbindungen instabil werden und Energie freisetzen. Dies würde zu heftigen Erruptionen führen, durch
die der Planet weitere Materie abschleudern könnte.
Setzt man den ebenfalls nicht unwahrscheinlichen Fall, daß 6 oder 8 Planeten in einem einzigen Materiering, etwa im Bereich des Asteroidengürtels entstanden sind, dann mußte es kleine Bahnunterschiede geben, durch die ein etwas weiter innen laufender Planet einen weiter außen laufenden allmählich einholte. Bei der Annäherung mußte es durch Anziehung zu erheblichen Druckentlastungen an den einander zugekehrten Seiten kommen, die heftige Materieausstoßungen auslösten. Diese wirkten wie Steuer-Raketen. Sie schossen ihre Materie gewissermaßen aufeinader. Der weiter innen laufende Planet wurde abgebremst und rückte damit nach innen in Richtung Sonne, der weiter außen laufende wurde beschleunigt und rückte weiter nach außen. So hätte sich allmählich die gegenwärtige stabile Anordnung der Planeten ergeben können.
Der freie Wasserstoff und Helium als die leichtesten Elemente mußten unter Einwirkung der zuvor beschriebenen Vorgänge und durch den Sonnenwind die Erde zuerst verlassen haben. Bei heftigen Erruptionen konnten aber auch die schwereren gasförmigen oder flüssigen Hydride die Erde verlassen. Das gilt für die Kohlenwasserstoffe, hauptsächlich Methan, für Ammoniak, für Wasser, die Halogenwasserstoffe, aber auch für die anderen flüchtigen Hydride. Von ihnen ging nach und nach ein erheblicher Teil verloren. Mit dem Rückgang des Wasserstoff- Überschusses konnte Wasser stärker auf die salzartigen Hydride der Alkalien, Erdalkalien usw. einwirken und diese zu den entsprechenden Oxiden zersetzen. Ebenso wurde der Siliziumwasserstoff allmählich zersetzt. So bekam die Erdkruste die Zusammensetzung, die ihr noch heute weitgehend eigen ist. Wie sehr die ursprünglich salzartigen Hydride für die Entstehung der Erdkruste bestimmend waren, zeigt u.A. die Tatsache, daß im Granit als dem primären Material der Kontinentalschollen die kationischen Alkalien und Erdalkalien in genau äquivalentem Verhältnis zu den Elementen Aluminium und Bor vorliegen, die als komplexe Hydride , z.B. als einfach negativ geladenes [AlH4] die zugehörigen Anionen bildeten. In den gegenwärtigen Graniten beträgt es noch 1,002:1. In der gesamten Erdkruste ist es immerhin noch 1,02:1. Nirgends sonst, weder durch die Kosmische Häufigkeit, wo es 2,5:1 beträgt, noch in den Chondriten, wo es bei 2,1:1 liegt, noch in anderen Meteoriten ist ein solches Verhältnis vorgegeben. Vielmehr weicht es überall ganz erheblich davon ab.
Wenn die reduzierbaren Metalle tatsächlich zum Metall reduziert wurden und der innerste Bereich der Erde, der Kern, neben Metallen auch metallisierten Wasserstoff enthält, dann sollten die großen Mengen Magnesium und Eisen, die nach der Kosmischen Häufigkeit vorhanden sein müssen, im Erdmantel weitgehend elementar vorliegen. Der Erdmantel verhält sich jedoch so diamagnetisch, als ob er aus Oxiden bestehen würde. Deswegen stellt sich die Frage, ob nicht Magnesium und Eisen unter ausreichendem Druck eine intermetallische Verbindung bilden können, in der beide Komponenten abgesättigte Elektronenschalen haben, weil das Magnesium seine 2 Außenelektronen an das Eisen abgibt, das dadurch zum Anion wird ähnlich dem Sauerstoff in Oxiden oder dem Schwefel in Sulfiden (vgl. F2).
Zahlreiche weitere Dinge lassen sich aus dem Bisherigen ableiten. Ein wesentlicher Vorgang sei zunächst herausgegriffen. Wenn die Materie im Inneren der Erde stark komprimiert war, sollte eine Druckentlastung auch eine allmähliche Umkehrung dieses Vorgangs ermöglichen. Da im Äquatorbereich die Entlastung infolge der Fliehkraft am stärksten ist, mußte von dort auch die Expansion ausgehen, also die Kontinentalschicht zuerst aufbrechen. Tatsächlich haben noch heute die Nordkontinente (Eurasien und Nordamerika) fast genau die gleiche Fläche wie die Südkontinente (Afrika, Südamerika, Australien, Antarktika und Vorderindien). Verschiedene Forscher von HILGENBERG bis VOGEL konnten darüber hinaus nachweisen, daß die weitere Auftrennung in verschiedene Kontinente auf die Expansion einer kleineren Erdkugel zurückzuführen ist, die ursprünglich von den Kontinenten vollständig bedeckt war, während sich die Meeresböden bei dieser Ausdehnung erst neu bildeten.
Mittels himmelsmechanischer Berechnungen sollte geprüft werden, ob es möglich wäre, daß in einem zusammengedrängten Materiering um die Sonne, möglicherweise im Bereich des Asteroidengürtels parallel durch Zusammenballung der ganzen verfügbaren Materie 6 bis 8 Urplaneten, beispielsweise alle von Merkur bis Neptun, entstehen könnten. Ihre nachfolgenden Bahnverschiebungen ließen sich mit den raketenartigen gegenseitigen Abstoßungen erklären, zu der es bei Annäherung kommen müßte, wenn chemisch gebundene Gravitationsenergie (siehe 6.) freigesetzt würde.
Wird ein äquiatomares hinreichend homogenes Eisen-Magnesium-Gemisch unter höherem Druck diamagnetisch, weil durch die Abgabe der 2 Außenelektronen des Magnesium Platz gespart werden kann und Eisen durch die 2 gewonnen Außenelektronen eine abgeschlossene Achterschale erhält? Eine solche Verbindung hätte einen um etwa 25% geringeren Platzbedarf.
Die Entstehung der inneren Planeten aus Kondensaten ähnlich den Meteoriten ist höchst zweifelhaft. Die gängigen Meteoriten sind hinlänglich untersucht. In ihnen sind die Elemente, die salzartige Hydride bilden können, nicht annähernd so stark angereichert wie in der Erdkruste. Ein Transport dieser Elemente in einer oxidisch-mineralischen Erde aus allen Zonen in die Kruste ist ebenfalls unmöglich, zumal einige Elemente bzw. ihre Oxide eine viel höhere Dichte haben.
Selbst Elemente, die als Oxide oder elementar eine ähnliche Kondensationstemperatur und auch eine ähnliche Dichte haben, also nach der Vorstellung einer Entstehung der Erde aus Kondensaten sich ähnlich verhalten haben müßten, zeigen in ihrer Abweichung von der Kosmischen Häufigkeit große Unterschiede, die sich nur aus einer ursprünglichen Hydrid-Erde erklären.
Einige Elemente, wie z.B. Silizium, wären als Oxide ganz und gar nicht flüchtig gewesen. Da das Siliziumdioxid ziemlich leicht und deshalb überwiegend in der Kruste vorhanden ist, müßte seine Konzentration wesentlich höher sein.
Elemente, die auch als Oxide eine hohe Dichte haben, wie Thorium, Uranium, Barium usw. sind fast ausschließlich auf die Kruste konzentriert, und das schon bei den ältesten kontinentalen Schilden. Das läßt bezweifeln, daß sie in einer von Anfang an oxidischen Erde infolge der Dichte oder durch Kristallisationsvorgänge (Diadochie-Effekt) in die Kruste transportiert wurden. Angesichts der starken Anreicherung in der Kruste müßten sie vollständig aus den übrigen Bereichen des Planeten entfernt worden sein. Die Erde hätte also vollständig aufschmelzen müssen. Wären die genannten Elemente danach zuerst erstarrt, dann wären sie nach unten gesunken. Eine andere Möglichkeit wäre, daß die Erde von innen nach außen erstarrte. Die Abkühlung sollte aber von außen nach innen erfolgen. Wären die Silikate zuerst erstarrt, während die Oxide von Barium, Thorium und Uranium in der Restschmelze blieben, wären die leichten Silikate aufgeschwommen und die genannten Oxide wären wieder unten. Wie man es auch dreht, die übliche Erklärung hinkt.
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