Am Anfang war das Nichts

Die Erde und alles auf der Erde besteht aus Atomen. Doch woher kommen eigentlich die Elemente, auf denen wir stehen, die wir einatmen und aus denen auch wir gemacht sind? Alles nahm seinen Ursprung im Urknall.

Ganz am Anfang war möglicherweise nichts. Also keine Elemente und noch nicht einmal die Grundbausteine der Elemente. So stellen sich zumindest manche Physiker die Zeit vor der Existenz des Universums vor. Dann vor 13,8 Milliarden Jahren geht es mit einem großen, heißen Knall los – das Universum entsteht. Weniger als einen Wimpernschlag danach formen sich auch schon die Quarks, also die Grundbausteine der Elemente, erklärt die Physikerin Mira Maiwöger von der Technischen Universität Wien. „Das hat eine hundertstel Sekunde nach dem Urknall begonnen. Es haben sich Quarks zu Protonen und Neutronen geformt und aus diesen Protonen und Neutronen sind dann vorerst nur Heliumkerne und Wasserstoffkerne entstanden.“

150 Jahre Periodensystem

Datiert mit 17. Oktober 1869 hat Viktor von Richter in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft 2 (1869) 552 seinen „Bericht aus St. Peterburg vom 17. Oktober 1869“ abdrucken lassen. Darin berichtet er von einer Sitzung der Russischen Chemischen Gesellschaft vom 2. Oktober (14. Oktober nach unserer Rechnung) 1869, in der der russische Chemiker Dmitri Mendelejew seine Ansichten „Ueber die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente“ vorgetragen hat.

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Nach dem Knall dehnt sich das dichte, heiße Universum immer weiter aus und kühlt dabei ab. Nach 300.000 Jahren erreicht es jene Temperatur, bei der Atomkerne Elektronen an sich binden können und damit die letzten Bausteine der Elemente. „Es war am Anfang so viel Energie da, dass durch Kollisionen diese Elektronen sofort wieder verschwunden wären. Es hat also eine Zeit gebraucht, bis die Atomkerne überhaupt Elektronen einfangen konnten, die dann auch bei den Kernen geblieben sind.“ Mit den Elektronen entstehen die ersten Elemente Wasserstoff und Helium. Die zwei leichtesten Elemente im Periodensystem.

Lange Pause

Danach passiert im Hinblick auf die Entstehung der Elemente vorerst nichts mehr. Erst einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall formen sich aus dem Urgas neue Brutöfen, in denen schwerere Elemente entstehen: Diese Brutöfen sind die ersten Sterne, so groß und schwer wie 100 Sonnenmassen. „In diesen Sternen geht es dann weiter mit Fusionsreaktionen, die den Stern zum Glühen bringen.“ Den Anfang machen wieder die leichten Elemente. Wasserstoff verbrennt zu Helium. Wenn dieser aufgebraucht ist, wird aus Helium Kohlenstoff und Sauerstoff und schließlich auch Neon, Silizium bis hin zum Eisen.

„Wenn der Stern anfängt, aus Helium Kohlenstoff zu machen, ist er aber meist schon älter und ein roter Riese.“ Hat ein großer Stern keine leichten Elemente mehr, die miteinander fusionieren und dabei Energie abgeben, wird er so heiß und dicht, dass er explodiert. Bei dieser Explosion, auch Supernova genannt, entstehen nun die restlichen Elemente, die wir in unserem Periodensystem finden, wie beispielsweise Gold, Uran, Platin und so weiter. „Das heißt, für alles, was schwerer ist als Eisen, brauche ich Energie, wie in der Supernova, um Atomkerne zu verschmelzen.“ Damit war das Periodensystem so gut wie komplett. Zusammengefasst kann man also sagen, das Sonnensystem, unsere Erde, alles was wir nutzen und letztlich auch wir selbst bestehen zum Großteil aus Sternenstaub. Konkret bestehen wir zu 92 Prozent aus Elementen, die bei der Supernova entstanden sind. Die restlichen acht Prozent sind Wasserstoffatome, die mit dem Urknall entstanden sind.

Ruth Hutsteiner, Ö1-Wissenschaft

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