Derzeit läuft ein Weltraumforschungsprojekt, in dessen Rahmen eine Raumsonde von der Erde zum Jupitermond Europa fliegt, von dem Experten vermuten, dass er einen globalen Ozean verbirgt, der in vielerlei Hinsicht unserem eigenen ähnelt. Das Projekt passt gut zu den Trends in der Weltraumforschung, die seit Jahrzehnten von der Suche nach Wasser dominiert werden, da Wasser, soweit wir wissen, für das Leben unverzichtbar ist. Vor diesem Hintergrund mag es überraschend sein, dass Experten bis heute nicht wissen, wie das Wasser auf unseren eigenen Planeten gelangt ist.

Jahrelang war die gängigste Theorie, dass das Wasser auf Kometen zu unserem Planeten gelangte. Diese aus gefrorenem Material bestehenden, um die Sonne kreisenden Objekte mit oft spektakulären Schweifen entstanden in den Anfängen des Sonnensystems und brachten wahrscheinlich tatsächlich Wasser mit sich, als sie auf die Ur-Erde fielen. In den letzten Jahren haben jedoch mehrere Raumfahrzeuge Kometen aus der Nähe untersucht und festgestellt, dass das dort vorkommende Wasser chemisch nicht mit unserem übereinstimmt.

In der Folge gerieten die Kometen etwas in den Hintergrund, sagte Ashley King, Meteoritenforscherin am Naturhistorischen Museum in London. Danach wurden Asteroiden – die steiniger und metallreicher sind als Kometen – zur beliebtesten vermuteten Wasserquelle. Asteroiden schlagen viel häufiger auf der Erde ein als Kometen, und ihre Wasservorkommen (wenn auch nicht so riesig wie die der Kometen) ähneln viel eher denen auf unserem Planeten.

Doch auch bei den Asteroiden gibt es Probleme, und inzwischen hat eine radikal neue Vorstellung über den Ursprung des Wassers zunehmend an Bedeutung gewonnen. Durch die sorgfältige Beobachtung von Planeten, die um andere Sterne kreisen, sowie Laborversuche haben Experten zu der Erkenntnis geführt, dass Gesteinsplaneten ähnlich der Erde über eine „Methode“ verfügen, um Wasser völlig eigenständig zu erzeugen.

Kometen und Asteroiden

Die Erde entstand vor etwa 4,54 Milliarden Jahren. Obwohl ein Großteil ihrer frühesten Geschichte aufgrund der anfänglich höllischen Bedingungen in den Tiefen der Geschichte verloren gegangen ist, sind sich die Experten über die grundlegenden Fakten einig: Am Anfang war der Planet eine Kugel, die hauptsächlich aus geschmolzenem Gestein bestand. Später wurde daraus eine blaue Marmorkugel. Aber wie?

Kometen schienen zunächst eine überzeugende Antwort zu sein. Eiskalte Objekte, die jenseits von Neptun aus dem Kuipergürtel oder noch weiter entfernt aus der Oortschen Wolke stammen, geraten von Zeit zu Zeit aus ihrer Bahn und dringen tiefer in das Sonnensystem ein. Und wenn ein Komet nahe genug an der Sonne vorbeifliegt, verwandeln sich sein Eis und seine gefrorenen Gase in Dampf und bilden einen Schweif, der sich über mehrere hundert Millionen Kilometer erstrecken kann.

Forscher vermuteten, dass solche Kometen in der Vergangenheit auf die Erde geprallt sein könnten und so für Wasser gesorgt hätten. Doch niemand konnte beweisen, dass Kometen Wasser enthalten, das dem auf der Erde ähnelt – bis in die 1980er Jahre, als die Europäische Weltraumorganisation (ESA) beschloss, dies zu überprüfen. Die Weltraummission namens Giotto war wirklich ehrgeizig: Es war das erste Raumfahrzeug, das einen eisigen Kometenkern aus nächster Nähe untersuchte.

Giotto holte 1986 den Halley-Kometen ein, der etwa alle 76 Jahre die Erdumlaufbahn kreuzt. Der Sonde gelang es, dramatische Bilder des Kometenkerns sowie Messungen der ihn umgebenden Materialwolke zur Erde zu senden. Was das Interesse der Forscher am meisten weckte, war das von Giotto gemessene sogenannte D/H-Verhältnis ( ). Das auf der Erde vorkommende Wasser besteht fast ausschließlich aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Es gibt jedoch auch andere Formen von Wasser, darunter das schwere Wasser, das aus einem Sauerstoffatom und zwei schwereren Wasserstoffatomen, Deuterium, besteht.

Wenn Kometen für die Entstehung der Ozeane verantwortlich sind, hätte man erwarten können, dass das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Wassers auf dem Halley-Kometen dem des Wassers auf der Erde ähnelt.

In den 1990er und 2000er Jahren tauchten weitere Probleme im Zusammenhang mit der Kometentheorie auf, als spektroskopische Beobachtungen anderer Kometen, wie beispielsweise des Hale-Bopp, ebenfalls Hinweise auf schweres Wasser lieferten. Der endgültige Schlag kam 2014, als die ESA-Sonde Rosetta in die Umlaufbahn des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko eintrat und eine Landefähre auf dessen Oberfläche absetzte. Rosetta hat bis heute die genauesten Messungen zur Zusammensetzung eines Kometen durchgeführt – und stellte fest, dass dieser von allen untersuchten Kometen die höchste Deuteriumkonzentration aufwies.

Daraufhin kam die Vermutung auf, dass das Wasser auf der Erde, falls es nicht von Kometen stammt, vielleicht von Asteroiden stammt. Diese Gesteinsbrocken kreisen meist zwischen Mars und Jupiter und schlagen ständig in Form von Meteoriten auf unserem Planeten ein, wobei ein Großteil ihres Materials jedoch in der Atmosphäre verglüht oder im Ozean einschlägt. Die Forscher haben Zehntausende von Meteoriten gesammelt und festgestellt, dass die Wassermoleküle in einer bestimmten Gruppe denen auf unserem Planeten sehr ähnlich sind. Bei einem Meteoriten, der 2021 in der Nähe der ruhigen britischen Stadt Winchcombe einschlug ( ), wurde bestätigt (), dass sein D/H-Verhältnis fast perfekt mit dem der Ozeane der Erde übereinstimmt.

Meteore können jedoch beim Eintritt in die Atmosphäre und beim Aufprall verunreinigt werden. Deshalb haben die Forscher auch Raumfahrzeuge zu den Asteroiden geschickt und Proben gesammelt, um diese zu analysieren. In einigen Fällen haben sie festgestellt, dass auch die im Weltraum kreisenden Asteroiden Wasser enthalten, das dem auf der Erde ähnelt. Eine 2023 im „ “ veröffentlichte Studie hat gezeigt, dass das Wasser vom Asteroiden Ryugu, den die japanische Weltraumagentur 2018 besucht hat, ein D/H-Verhältnis aufweist, das dem des Großteils des Wassers auf der Erde ähnelt. Was den Ursprung des Wassers auf der Erde betrifft, tendiert die wissenschaftliche Gemeinschaft heutzutage eher zu Asteroiden als zu Kometen.

Gleichzeitig liefert das D/H-Verhältnis der Asteroiden keine endgültige Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Wassers auf der Erde. Diese Weltraumgesteine enthalten in geringen Mengen auch Edelgase wie Argon, Krypton und Xenon, und Experten haben festgestellt, dass diese Mischungen im Allgemeinen nicht mit dem übereinstimmen, was wir auf unserem Planeten vorfinden. Darüber hinaus haben Theorien, die auf Kometen und Asteroiden basieren, dasselbe grundlegende Problem: Beide Arten von Objekten hätten dem Planeten nur durch reines Glück Ozeane bescheren können. Innerhalb kurzer Zeit hätten unzählige Asteroiden oder Kometen auf die Erde einschlagen müssen, nachdem die Phase des superheißen Magmaozeans vorbei war, um die wasserbedeckte Welt zu erschaffen, auf der wir heute leben. Dies wurde in der Vergangenheit als selbstverständlich angesehen, doch die Existenz dieses späten Bombardements ist heute Gegenstand heftiger Debatten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Wasserstoff und Magma

Wenn Astronomen Exoplaneten – Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – untersuchen, sehen sie eine Vielzahl unterschiedlicher Atmosphären. Wenn sie jedoch die Entstehung der Planeten simulieren, stellen sie fest, dass viele von ihnen anfangs voller Wasserstoff gewesen sein könnten. Könnte es sein, dass die ersten Jahre der Entstehung der Erde ähnlich waren?

Früher gingen Experten davon aus, dass es auf der frühen Erde kaum Wasserstoff gab. Zu diesem Schluss kamen sie nach der Untersuchung von Meteoriten, deren chemische Zusammensetzung der der Erde verdächtig ähnlich ist. Aufgrund dieser Ähnlichkeit gingen die Forscher davon aus, dass sich beide Materialien wahrscheinlich auf die gleiche Weise gebildet haben. Und da diese Meteoriten keinen Wasserstoff enthielten, glaubten die Experten, dass dies auch für unseren Planeten gelte.

Der Magmaozean der Erde war voller Sauerstoff. In einer 2023 in den „ “ veröffentlichten Studie stellten drei Experten die Frage, was passieren könnte, wenn sich der Wasserstoff in der Atmosphäre des Planeten und der Sauerstoff im Magma irgendwie vermischt hätten. Wasserstoff verbindet sich nicht spontan mit Sauerstoff und ist daher nicht gerade der geeignetste chemische Partner. Die Forscher kamen dennoch zu dem Schluss, dass ein solcher Prozess es einem Planeten ermöglichen würde, sein eigenes Wasser zu produzieren; sie waren sich nur nicht sicher, wie viel.

Zwei Jahre später half ihnen eine ambitionierte Versuchsreihe bei der genaueren Abschätzung, die von Harrison Horn, Physiker am Lawrence Livermore National Laboratory, S.-H. Dan Shim, Geophysiker an der Arizona State University, und anderen durchgeführt wurde.

Die Experten wollten unter anderem herausfinden, wie häufige Exoplaneten, die kleiner als Neptun sind und deren Durchmesser das Zwei- bis Vierfache des Erddurchmessers beträgt, eine wasserreiche Atmosphäre besitzen können – wie Teleskopbeobachtungen nahelegen –, selbst wenn sie nahe an ihrem heißen Mutterstern kreisen. Reicht dafür die Reaktion zwischen der Wasserstoffatmosphäre und dem Magmaozean aus? Sie vermuteten, dass dies der Fall ist, jedoch nur, wenn die enorme Menge an Wasserstoff genügend Druck auf das Magma ausübt. „Dieser höhere Druck trägt wesentlich zur Wasserbildung bei, er verstärkt tatsächlich die chemischen Reaktionen“, sagt Horn.

Dazu mussten sie den hochentzündlichen Wasserstoff mithilfe sogenannter Diamantstempel unter extrem hohen Druck setzen und diesen dann mit lasererschmolzenen Gesteinsproben kombinieren. Es dauerte fünf Jahre, bis sie die Techniken entwickelt hatten, die für die sichere und effiziente Durchführung der Experimente erforderlich waren. „Wir haben viele Diamanten zerstört. Es war eine spannende Reise“, sagt Shim.

Die Forscher hofften, dass Wasserstoff und Sauerstoff eine Reaktion eingehen und Wasser bilden würden. Und genau das geschah, und zwar in extremem Ausmaß: Die Reaktion zwischen dem unter hohem Druck stehenden Wasserstoff und dem mit dem Laser geschmolzenen Gestein war so effizient, dass eine 1000-fach höhere Wassermenge entstand, als die Experten vorhergesagt hatten . (Eine auf einem zweiten Laborexperiment basierende Studie , die etwa zur gleichen Zeit veröffentlicht wurde, berichtete ebenfalls von ähnlichen Ergebnissen.) „Es erscheint nicht abwegig, dass auf diese Weise ziemlich schnell riesige Mengen an Wasser erzeugt werden können“ – sagt Paul Byrne, Planetenforscher an der University of Washington.

Aber bedeutet das dann, dass die Erde ihre Ozeane tatsächlich selbst erschaffen hat? Hier fangen die Dinge an, etwas verwirrender zu werden. Die Studie macht keine eindeutigen Aussagen zur Erde, doch dieses Szenario ist laut Horn und Shim durchaus möglich.

Auch andere Experten sind sich einig, dass auf der Erde eine gewisse Menge Wasser entstanden sein könnte – aber vielleicht bei weitem nicht genug, um Ozeane zu bilden. „Ich würde sagen, es ist durchaus möglich, dass in der Frühzeit durch die Reaktion mit Wasserstoff etwas Wasser entstanden ist. Wie viel das war, ist jedoch ziemlich rätselhaft“, sagt Quentin Williams, experimenteller Geophysiker an der Universität von Santa Cruz.

Das Grundproblem ist, dass niemand weiß, ob in der frühen Erdatmosphäre genügend Wasserstoff vorhanden war, um den für die Reaktion erforderlichen Druck zu erzeugen. Die Subneptune haben eine viel größere Masse als die Erde, und ihre starke Schwerkraft hält den Wasserstoff besser zurück. „Die Erde befindet sich genau an der Grenze, an der solche Prozesse beginnen können“, sagt Horn.

Einige Forscher glauben nicht, dass die Erde genug Masse gehabt hätte, um in großen Mengen eigenes Wasser zu produzieren. „Ich bezweifle ein wenig, dass dies auf einem Planeten mit einer Masse ähnlich der der Erde möglich wäre“ “, sagt Anders Johansen, Astrophysiker an der Universität Kopenhagen und der Universität Lund. Laut Byrne deuten Forschungen zu Subneptunen jedoch darauf hin, dass die Reaktion nicht lange dauern muss, um riesige Mengen an Wasser zu erzeugen. Möglicherweise war die Erde nur für einen Augenblick eine Wasserfabrik, doch dieser Augenblick könnte ausgereicht haben, um die Ozeane entstehen zu lassen.

Wenn dies der Fall ist, reichen die Konsequenzen weit über unser eigenes Sonnensystem hinaus. Vielleicht erfüllen unzählige Planeten die Bedingungen, die für die Entstehung von Leben notwendig sein könnten, denn – wie Byrne sagte – „sie werden wasserreich geboren“.

Ein Meer von Möglichkeiten

Es ist also möglich, dass zumindest ein Teil des Wassers auf der Erde aus Prozessen auf dem Planeten selbst stammt. Doch das ist noch nicht das Ende der Geschichte: Denn inzwischen sind die Kometen wieder ins Bild getreten. Als Rosetta 2014 auf den spielzeugentenförmigen Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko traf, hatten die Forscher bereits das Wasser von elf anderen Kometen untersucht. Jeder von ihnen wies ein anderes D/H-Verhältnis als die Erde auf – bis auf einen. Im Jahr 2011 stellte das Herschel-Weltraumobservatorium der ESA fest, dass das Wasser auf dem Kometen namens Hartley 2 Eigenschaften aufweist, die für die Erde charakteristisch sind.

Die Beobachtung schien ungewöhnlich. Dann untersuchten Experten in einer 2024 veröffentlichten Studie die Analyse des Rosetta-Kometen erneut – und stellten fest, dass der Weltraum die Daten möglicherweise „verfälscht“ haben könnte. Zum Zeitpunkt der Probenahme flog Rosetta durch Staub, der schweres Wasser enthielt. Der aus Eis bestehende Kometenkörper selbst, der von diesem Staub umgeben war, ähnelte im Wesentlichen dem Eis auf der Erde. In einem 2025 veröffentlichten Artikel wurde im Zusammenhang mit Beobachtungen des Kometen 12P/Pons–Brooks ebenfalls das für die Ozeane der Erde charakteristische D/H-Verhältnis festgestellt.

Ein Teil der Forscher ist mittlerweile der Ansicht, dass alle drei Prozesse zu diesem Ergebnis beigetragen haben könnten, aber was genau passiert ist, werden wir vielleicht nie erfahren. Was nicht bedeutet, dass die Experten es aufgegeben hätten, diese Frage zu beantworten, die über die Vergangenheit der Erde hinaus auch eines der grundlegendsten Rätsel unserer eigenen Existenz darstellt.