De oorsprong van het water op aarde
Wetenschappers komen met aanwijzingen dat onze planeet uit waterrijk gesteente is ontstaan (1,2). Anderen stellen dat de botsende planeet Theia een groot deel van het water op aarde heeft gebracht (2). Er worden meerdere verklaringen aangedragen. Maar zonder water is leven voor zover wij weten niet mogelijk en het is duidelijk dat de aarde, wat de hoeveelheid water betreft, een bijzondere planeet is.
1. De waterwereld aarde - hoe water op aarde belandde - NEMO Kennislink
Roel van der Heijden en Esther Thole, 23 september 2020
De aarde is zeer waterrijk. Dat is opmerkelijk voor een planeet, die zo dicht bij de zon ontstond.
Water op aarde is niet zo logisch als het lijkt. Hoe werd de aarde zo'n waterrijke plek waar leven zich in de uitgestrekte oceanen kon ontwikkelen?
Ruimtestenen geven wellicht antwoord; wetenschappers komen met aanwijzingen dat onze planeet juist wél van waterrijk gesteente is gemaakt.
Met reusachtige telescopen turen wetenschappers diep de ruimte in op zoek naar planeten rondom andere sterren. Planeten die misschien wel een beetje op aarde lijken en hopelijk zelfs een teken van leven geven. Een spoor van water wordt daarbij vaak opgevat als een hoopvol signaal, want op aarde was dat essentieel voor de ontwikkeling van leven.
Maar hoe ontstaat een planeet met vloeibaar water eigenlijk? Een lastige vraag die zelfs voor de aarde nog niet is opgelost. Het probleem in het kort: de aarde is ontstaan binnen de zogenoemde sneeuwgrens van het zonnestelsel, waar het water niet bevroren, maar gasvormig is. En dus ook heel vluchtig - het is zo in de ruimte verdwenen. De zwaartekracht van de jonge aarde was volgens veel wetenschappers nog niet sterk genoeg om het gasvormige water vast te houden. Dus waar komt het water op aarde dan vandaan? Daarvoor zijn verschillende mogelijkheden geopperd:
- van water dat (later) uit het gesteente kwam waaruit de aarde ontstond,
- tot 'waterdragers', zoals planetoïden en kometen, die het water in een later stadium op de aarde afleverden.
Geen van die theorieën is waterdicht. Uit metingen van ruimtesondes weten we dat het water op planetoïden en kometen fundamenteel anders is dan dat van onze oceanen. Waar planetoïden brokken van voornamelijk steen zijn die in een baan om de zon draaien, bevatten kometen relatief veel water en andere vluchtige stoffen die door zonnewarmte een imposante komeetstaart kunnen vormen. Het 'water-van-ver-weg' bevat veel meer deuterium - een zogeheten isotoop van waterstof, waarover later meer - dan het water op aarde. Tegelijkertijd namen wetenschappers aan dat het directe bouwmateriaal van planeet aarde veel te weinig waterstof bevatte om onze grote oceanen te verklaren. Maar waar komt het dan wel vandaan?
Amerikaanse en Franse wetenschappers komen nu met aanwijzingen dat onze planeet juist wél van waterrijk gesteente is gemaakt. Eind vorige maand publiceerden ze hun onderzoek waaruit blijkt dat meteorieten van het type enstatiet chrondrieten - waaruit de aarde voor een belangrijk samenklonterde - genoeg waterstof bevatten voor nog veel meer water dan de vijf oceanen die we op aarde tellen.
Verschillende verklaringen voor het water op aarde. Zo kan het oorspronkelijk afkomstig zijn uit het gesteente waaruit de aarde ontstond, zoals zogenoemde enstatiet chondrieten of chondrieten (boven). Andere theorieën gaan uit van een 'latere bezorging' van water door planetoïden of kometen toen de planeet al grotendeels gevormd was (beneden). In het midden is ál het water op aarde afgebeeld als je het in een bol verzamelt.
1. Waterrijke meteorieten
Wat is er precies gemeten in dat Amerikaans-Franse onderzoek? De wetenschappers keken minutieus naar de samenstelling van dertien enstatiet chondriet-meteorieten, brokken ruimtepuin van steen en glasachtig materiaal die op aarde zijn neergestort en hun gewelddadige tocht door de atmosfeer overleefden. De onderzoekers vonden daarin hoge concentraties van waterstof (symbool H), het atoom dat naast zuurstof (symbool O) nodig is om water (H20) te vormen. Hoog genoeg om een veelvoud van de huidige hoeveelheid water op aarde te verklaren.
Naast de hoeveelheid waterstof onderzochten de wetenschappers ook de verhouding tussen het aanwezige waterstof en deuterium (D), een isotoop van het waterstofatoom dat naast een proton ook nog een neutron in de kern heeft. Een isotoop is een soort variant van een atoom die wat betreft eigenschappen niet zoveel van het 'originele' atoom verschilt, maar de verhouding tussen isotopen kan veel vertellen over herkomst van een materiaal. Door de isotoopverhouding van het waterstof in de oceanen of het gesteente op aarde te vergelijken met die in meteorieten of ander ruimtegesteente, kun je afleiden waar het waterstof op aarde vandaan is gekomen. Uit de nieuwe metingen blijkt dat de isotoopverhouding van waterstof op aarde dichtbij die van de enstatiet chondrieten ligt. De combinatie van hoeveelheid waterstof in die meteorieten en de isotoopverhouding laat volgens het Amerikaans-Franse team zien dat de enstatiet chondrieten een heel logische bron zijn van het water op aarde.
Van waterstof naar water
Het benodigde waterstof zat dus gewoon in het bouwmateriaal van de planeet zelf. "Dat is een grote claim", zegt Wim van Westrenen, hoogleraar planetaire evolutie aan de VU Amsterdam. "De enstatiet chondrieten zijn zeker niet de enige bron van water, maar deze metingen laten zien dat de hoeveelheid waterstof in de enstatiet chondrieten veel groter is dan tot nu toe werd aangenomen en dat die hoeveelheid groot genoeg is om de huidige hoeveelheid water te verklaren."
Hij is onder de indruk van de manier waarop de onderzoekers de metingen hebben uitgevoerd. "Dat is knap gedaan. Het is heel lastig om waterstofatomen in gesteente te meten, omdat je altijd te maken hebt met vervuiling door water dat nou eenmaal overal op aarde is. Ook tijdens de metingen is het een hele klus om te zorgen dat de omgeving en de apparatuur helemaal vrij zijn van andere waterstofatomen."
Oceaan van magma
Voor de duidelijkheid: de enstatiet chondrieten bevatten zelf geen water en ook geen gasvormig waterstof of zuurstof - het andere element dat je nodig hebt om water te vormen. "Je meet de hoeveelheid atomen van een bepaald element", legt Van Westrenen uit. "De waterstof- en zuurstofatomen zitten in de verschillende mineralen waar het gesteente uit bestaat." Maar dat er waterstof- en zuurstofatomen aanwezig zijn, is geen automatische verklaring voor de vorming van vloeibaar water aan het oppervlak van de aarde.
Hoe kom je van het een naar het ander?
Daarvoor moet je beginnen bij het ontstaan van rotsachtige planeten, zoals de aarde. Deze planeten zijn gevormd doordat kleine brokjes steen samenklonterden en weer botsten met andere stenen en zo groeide een groter geheel. Die botsingen waren heftig en bij zo'n inslag kwam zoveel energie vrij dat de temperatuur snel steeg, met als gevolg dat de jonge aarde 'smolt'. Het gesteente werd vloeibaar en er ontstond een oceaan van magma aan het oppervlak, legt Van Westrenen uit. "In die omstandigheden kwam van alles vrij uit de mineralen en kon ook water ontstaan, maar het magma was zo heet dat water daar niet in kon oplossen en als gasbelletjes, waterdamp, ontsnapte en opsteeg.
Er vormde zich een laag waterdamp om de aarde en toen alles weer afkoelde, condenseerde dat en begon het te regenen, waardoor er vloeibaar water op het oppervlak kwam."
Aardmantel van toen
Bij deze mogelijkheid moet het waterstof dus inderdaad al aanwezig zijn geweest in de brokken steen die de aarde vormden. "Dat is een omstreden aanname, maar ik behoor ook tot de groep die dat denkt. Deze metingen wijzen daar ook op." Waarom is dat een omstreden idee? "Dat heeft te maken met de vraag hoe waterstof, een gas, ooit in het gesteente opgenomen zou kunnen zijn," aldus Van Westrenen. "Daar is nog geen sluitende verklaring voor."
Hoewel hij het belang van de enstatiet chondrieten in het ontstaan van het aardse water onderschrijft, plaatst Van Westrenen ook kritische kanttekeningen. "Wat mij opvalt is dat de onderzoekers voorbijgaan aan de doorlopend veranderende verhouding tussen deuterium en waterstof van de aarde zelf. Die verhouding is niet constant, doordat we gaandeweg waterstof verliezen aan de ruimte. Het lichtere waterstof ontsnapt meer uit onze atmosfeer dan het zwaardere deuterium, waardoor de deuterium/waterstof-ratio in de tijd toeneemt.
De manier waarop de onderzoekers hier die verhoudingen tussen de aardmantel en de enstatiet chondrieten vergelijken geeft een vertekend beeld: ze vergelijken in feite oude stenen met de aarde van nu, terwijl je de aardmantel van 'toen' als vergelijking zou moeten nemen."
De onderzoekers reageerden helaas niet op vragen van NEMO Kennislink over de manier waarop ze hun meetresultaten hebben weergegeven.
2. Waterdragers van ver
En de mogelijkheid waarbij 'waterdragers' van veel verder weg de bron zijn voor de natte aarde? Is dat hiermee van de baan? Niet helemaal. Floris van der Tak is wetenschapper bij het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON en onderzoekt onder andere de samenstelling van kometen en planetoïden. Hij vertelt: "In onze oceaan zit tamelijk veel deuterium, meer dan in de zon in ieder geval. Naast het oermateriaal dichtbij de zon zit er waarschijnlijk meer 'koud materiaal' in, van verder weg. Over het algemeen neemt de concentratie deuterium toe naarmate je vanaf de zon verder naar buiten gaat. Door de lage temperatuur gedijt het daar als het ware beter."
Het is bovendien onduidelijk of het kometen of planetoïden waren die een deel van het water brachten. "Kometen komen uit de buitenste delen van het zonnestelsel en dragen veel (deuteriumrijk) water, dat schiet lekker op," zegt Van der Tak. "Planetoïden zijn droger, maar daar zijn er weer veel meer van en ze zitten gemiddeld dichterbij de aarde. De kans op inslagen op aarde is veel groter."
Van Westrenen denkt ook dat latere inslagen een bijdrage aan het water op aarde leverden. "Dat is nog steeds een mogelijke bron van water, maar veel van die meteorieten hebben een heel andere isotoopverhouding in hun waterstof met veel meer deuterium dan we op aarde hebben. Ze kunnen dus niet heel veel bijgedragen hebben, want dan zouden we nu op aarde daarvoor ook hogere waardes meten."
Ruimere blik
Al met al lijkt de conclusie dat verschillende gebeurtenissen een bijdrage hebben geleverd aan onze huidige natte planeet. Maar hoe komen we nu verder in het ontrafelen van het belang van die verschillende bijdragen? Wat was nou echt belangrijk en wat speelde een minder prominente rol?
"Daarvoor moeten we naar veel meer elementen tegelijkertijd kijken", zegt Van Westrenen. "Iedere onderzoeksgroep heeft een specialisatie. De een is goed in het meten van stikstof, de ander concentreert zich op zuurstof, maar alle elementen op aarde zijn afkomstig uit de ruimte en wil je een beeld krijgen van wat precies waar vandaan komt dan moet je veel breder kijken. Bijvoorbeeld ook naar koolstof of chloor, om maar iets te noemen. Het zou daarom heel nuttig zijn om dezelfde stenen door verschillende groepen te laten onderzoeken zodat we veel meer elementen in beeld krijgen en dan kun je echt gaan vergelijken. Concentreren op een of twee elementen is niet genoeg."
In een begeleidend commentaar in Science schrijft wetenschapper Anne Peslier van NASA's Johnson Space Center dat de bezorging van waterstof door enstatiet chondrieten andere - wellicht moeilijker te verklaren - mechanismen overbodig of in ieder geval minder belangrijk maakt. Ze noemt daarbij het tijdelijk naar binnen verschuiven van de sneeuwgrens in het jonge zonnestelsel en de directe adsorptie van water aan het aardse gesteente als alternatieve verklaringen. "Dit kun je zien als een wat simpelere oplossing," denkt ook Van der Tak. "Dat alles tegelijk is ontstaan en dat het waterstof dat nodig was voor al dat water grotendeels in het bouwmateriaal zelf zat."
De zoektocht naar de bron van het water op aarde en het water op planeten rondom andere sterren kan elkaar wellicht ook verder helpen. Van der Tak: "We hebben laatst met computersimulaties bevestigd dat er ook in een systeem met vier planeten zoals HR 8799 water kan zijn bezorgd nadat de planeten zich vormden."
Op het moment van schrijven zijn er ruim drieduizend planeetsystemen bekend waarvan 710 systemen met meer dan een planeet. "Het is goed dat we op dit moment andere planetenstelsels leren kennen, want we hebben hier in ons eigen zonnestelsel eigenlijk maar een beperkte blik."
Bronnen
Piani L. et al., Earth's water may have been inherited from material similar to enstatite chondrite meteorites, Science (28 augustus 2020), DOI:10.1126/science.aba1948
Peslier A. et al., The origins of water, Science (28 augustus 2020), DOI:10.1126/science.abc1338
2a. Het water op aarde was er al vóór de aarde er was
Het zat mogelijk ingekapseld in gruis waaruit uiteindelijk de aarde voortkwam. Dat stelt een internationaal team van onderzoekers – waaronder ook Nederlandse wetenschappers – in het blad Astronomy & Astrophysics.
Scientias, 11-09-2018, Caroline Kraaijvanger
Twee theorieën
De aarde herbergt behoorlijk wat water. En onderzoekers vragen zich al heel lang af hoe al dat water hier beland is. Het resulteert in twee theorieën. De eerste stelt dat het water door inslaande kometen en planetoïden op aarde is afgeleverd. Een tweede theorie gooit het over een andere boeg en stelt dat het water aanwezig was in tien kilometer grote rotsblokken waaruit de aarde is opgebouwd.
Eén probleem
Er is echter een klein probleempje met die tweede theorie; het lijkt erop dat de hoeveelheid water die deze grote rotsblokken kunnen bevatten, beperkt is. Te beperkt. Vandaar dat er vaak op de eerste theorie wordt teruggegrepen.
Aanpassing
Een nieuw onderzoek lijkt de tweede theorie echter enigszins in ere te herstellen. En wel door deze iets aan te passen. Berekeningen wijzen uit dat op de plek waar de aarde ooit ontstond, gruis van een millimeter groot wel genoeg water kan vasthouden. Dat gruis kan vervolgens zijn samengeklonterd en kiezels hebben gevormd die weer samenklonterden tot grote rotsen die weer grotere hoeveelheden water herbergden. En uit die rotsen zou de aarde zijn gevormd.
Het scenario – dat dus eigenlijk iets eerder begint dan het oudere rots-met-waterscenario – is veelbelovend. Zo wijzen berekeningen uit dat de gruisdeeltjes slechts een miljoen jaar nodig hadden om een hoeveelheid water te verzamelen die de huidige hoeveelheid water op aarde kan verklaren. En een periode van 1 miljoen jaar past ook makkelijk in het tijdvak dat nodig is om grotere rotsen te vormen.
Bron:
"Ingekapseld water in gruis kan grote hoeveelheid water op aarde verklaren" - NOVA astronomie.nl
2b. Astronomen ontdekken nieuw verband tussen water en planeetvorming
allesoversterrenkunde.nl, 29-02-2024
European Southern Observatory (ESO)
Onderzoekers hebben waterdamp ontdekt in de schijf rond een jonge ster, precies op de plek waar mogelijk planeten worden gevormd.
Water is een onmisbaar bestanddeel voor het leven op aarde en vermoed wordt, dat het ook een belangrijke rol speelt bij de vorming van planeten. Maar tot nu toe was het nog nooit gelukt om in kaart te brengen hoe water is verdeeld in een stabiele, koele schijf - het soort schijf dat de gunstigste omstandigheden biedt voor de planeetvorming rond sterren. De nieuwe bevindingen zijn gebaseerd op gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Nature Astronomy, 29 februari).
"Ik had nooit gedacht dat we een opname konden maken van oceanen van waterdamp in hetzelfde gebied waar waarschijnlijk een planeet wordt gevormd," zegt Stefano Facchini, astronoom aan de Universiteit van Milaan (Italië), die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag zijn gepubliceerd. De waarnemingen laten zien dat de binnenschijf van de jonge zonachtige ster HL Tauri, die op een afstand van 450 lichtjaar in het sterrenbeeld Stier staat, minstens drie keer zoveel water bevat als alle oceanen op aarde bij elkaar. "Het is echt opmerkelijk dat we niet alleen waterdamp kunnen detecteren, maar ook detailrijke beelden kunnen vastleggen op 450 lichtjaar van ons vandaan," voegt medeauteur Leonardo Testi, astronoom aan de Universiteit van Bologna (Italië) toe. De ALMA-waarnemingen hebben astronomen in staat gesteld om de verdeling van water in verschillende delen van de schijf rond HL Tauri te meten.
Er is een aanzienlijke hoeveelheid water gevonden in het gebied waar zich een ringvormige leemte in de schijf van HL Tauri bevindt. Zo'n concentrische 'scheiding' in een schijf van gas en stof wordt uitgesleten door om de ster cirkelende jonge, planeetachtige objecten, die zo materiaal verzamelen en aangroeien. "Onze opnamen laten een aanzienlijke hoeveelheid waterdamp zien op verschillende afstanden van de ster, waaronder een leemte waar zich op dit moment mogelijk een planeet vormt," zegt Facchini. Dit wijst erop dat deze waterdamp van invloed kan zijn op de chemische samenstelling van planeten die zich in gebieden als deze vormen.
Het opsporen van water met behulp van een telescoop op aarde is geen gemakkelijke opgave, omdat de vele waterdamp in de atmosfeer van onze planeet de straling die ALMA oppikt, verstoort. ALMA is een opstelling van tientallen radioschotels op ongeveer 5000 meter hoogte in de Chileense Atacama-woestijn, die met opzet op deze hoge en droge locatie is neergezet om zo min mogelijk last te hebben van de waterdamp in de aardatmosfeer. Momenteel is dit de enige waarneemfaciliteit op aarde die in staat is om het signaal van water in een koele planeet-vormende schijf te onderscheiden.
"Het is echt heel spannend om op een opname te zien hoe watermoleculen vrijkomen uit ijzige stofdeeltjes," zegt ESO-astronoom Elizabeth Humphreys, die eveneens aan het onderzoek heeft meegewerkt. De stofdeeltjes in een schijf fungeren als kiemen voor de vorming van planeten. Ze botsen op elkaar en klonteren samen tot steeds grotere brokstukken die om de ster draaien. Astronomen denken dat waar het koud genoeg is om water aan stofdeeltjes te laten 'aanvriezen', alles beter aan elkaar blijft plakken - een ideale omgeving voor de vorming van planeten. "Onze resultaten laten zien dat de aanwezigheid van water de ontwikkeling van een planetenstelsel kan beïnvloeden, net zoals dat zo'n 4,5 miljard jaar geleden in ons eigen zonnestelsel gebeurde," aldus Facchini. (EE)
3. De planeet Theia droeg het water vanuit de buitenste gebieden van het zonnestelsel naar de aarde.
Scientias, 22-05-2019, door Vivian Lammerse
Aarde uitzonderlijke planeet
De aarde is eigenlijk een buitengewone planeet. Zo is zij de enige terrestrische planeet die een grote hoeveelheid water herbergt en daarnaast een relatief grote maan heeft die de stand van de aardas stabiliseert. Beide eigenschappen waren essentieel voor de ontwikkeling van levensvormen.
Onderzoekers vragen zich echter al heel lang af hoe al het water hier ooit is beland. Maar daar hebben ze nu een antwoord op geformuleerd.
Zonnestelsel
De aarde vormde zich lang geleden in het 'droge' binnenste deel van ons zonnestelsel. En daarom is het verrassend dat er toch water op de aarde te vinden is. Om te begrijpen hoe dit komt, moeten we teruggaan naar het begin, toen het zonnestelsel ongeveer 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd. Door eerdere studies weten we dat het zonnestelsel zo is opgebouwd, dat de 'droge' materialen werden gescheiden van de 'natte'. De zogenaamde 'koolstofhoudende' meteorieten zijn rijk aan water en komen uit de buitenste regionen van het zonnestelsel. De drogere, 'niet-koolstofhoudende' meteorieten komen uit het binnenste gedeelte.
Vorming maan
Onderzoekers proberen er al jaren achter te komen hoe onze maan is ontstaan. En onlangs kwamen wetenschappers met een nieuw theorie op de proppen waarin de speculatieve planeet Theia een sleutelrol speelt.
Maan
De onderzoekers stellen nu dat het water waar onze planeet zo rijk aan is, ongeveer 4,4 miljard jaar geleden op aarde kwam tijdens de vorming van de maan. Veel astronomen veronderstellen dat een planeet ter grootte van Mars, Theia genaamd, op de jonge aarde botste. Dit was een zeer gewelddadige ontmoeting, waarbij materiaal, dat door die botsing los werd gemaakt, de basis voor de maan zou vormen.
Tot nu toe hadden wetenschappers altijd aangenomen dat Theia afkomstig was uit het binnenste deel van het zonnestelsel, in de buurt van de aarde. Maar de onderzoekers uit de nieuwe studie kunnen nu aantonen, dat Theia uit het buitenste, natte regionen van het zonnestelsel kwam en van daar grote hoeveelheden water meenam.
Molybdeen
In de studie namen de onderzoekers het chemische element molybdeen onder de loep. "Molybdeenisotopen maken het ons mogelijk om koolstofhoudend en niet-koolstofhoudend materiaal duidelijk van elkaar te onderscheiden," legt hoofdauteur Gerrit Budde uit. En uit de metingen blijkt dat sommig molybdeen dat in de mantel van de aarde huist, afkomstig is uit de rand van ons zonnestelsel. "Het molybdeen dat vandaag de dag in de aardmantel kan worden aangetroffen, komt uit een later stadium in de aardse formatie," legt onderzoeker Christoph Burkhardt uit. "Molybdeen uit eerdere fasen ligt namelijk volledig in de kern."
Daarnaast suggereren de onderzoekers dat het grootste deel van het molybdeen in de aardmantel werd afgeleverd door planeet Theia. Omdat een groot gedeelte van het molybdeen in de mantel afkomstig is van het buitenste gedeelte van het zonnestelsel, betekent dit dat Theia zelf ook ontstaan is aan de rand van het zonnestelsel. Volgens de onderzoekers zorgde de botsing tussen Theia en de aarde voor voldoende koolstofhoudend materiaal en is zo het water op onze aarde terechtgekomen. "Onze benadering is uniek, omdat het ons voor de eerste keer in staat stelt om de oorsprong van water op aarde in verband te brengen met de vorming van de maan," zegt onderzoeker Thorsten Kleine. "Anders gezegd; zonder de maan zou er waarschijnlijk geen leven op aarde mogelijk zijn."
Bron:
Gerrit Budde, Christoph Burkhardt und Thorsten Kleine (2019): Molybdenum isotopic evidence for the late accretion of outer Solar System material to Earth.
Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-019-0779-y.
4. Hoe kwam onze planeet aan al dat water?
Allesoversterrenkunde, 12-04-2023
Het water op aarde kan zijn ontstaan door interacties tussen de waterstofrijke atmosferen en de magma-oceanen van de planetaire embryo's, waaruit zij is opgebouwd, zo blijkt uit nieuw onderzoek.
Decennialang was de kennis over planeetvorming voornamelijk gebaseerd op ons eigen zonnestelsel. Over het algemeen zijn wetenschappers het erover eens dat de aarde en de overige rotsachtige planeten zijn ontstaan uit de schijf van stof en gas en stof die onze zon in haar jeugd omringde. Door onderlinge botsingen werden de 'baby-planetesimalen' waaruit de aarde uiteindelijk werd gevormd groter en heter, en smolten ze door de warmte van botsingen en radioactieve elementen tot grote 'oceanen' van magma. Toen onze planeet geleidelijk afkoelde, zakte het meest dichte materiaal naar de kern en werd de aarde in drie lagen opgedeeld: een metalen kern, een rotsachtige mantel en een korst.
De explosieve opkomst van het exoplanetenonderzoek van het afgelopen decennium heeft echter geleid tot nieuwe inzichten omtrent de 'embryonale' toestand van planeten. Waarnemingen van exoplaneten hebben laten zien dat pas gevormde planeten tijdens hun eerste miljoenen jaren van groei zijn omgeven door een atmosfeer die rijk is aan moleculaire waterstof. Deze waterstofomhulsels verdwijnen uiteindelijk, maar ze laten wel hun sporen na in de samenstelling van de jonge planeet.
Op basis van deze informatie hebben Anat Shahar (Carnegie Science) en Edward Young (UCLA) nieuwe modellen voor de vorming en evolutie van de aarde ontwikkeld, om na te gaan of de karakteristieke chemische eigenschappen van onze thuisplaneet reproduceerbaar zijn.
Met behulp van wiskundige modellen onderzochten ze de uitwisseling van materialen tussen atmosferen van moleculaire waterstof en magma-oceanen door te kijken naar 25 verschillende verbindingen en 18 verschillende soorten chemische reacties - complex genoeg om waardevolle gegevens op te leveren over de mogelijke vormingsgeschiedenis van de aarde, maar eenvoudig genoeg om volledig te kunnen interpreteren.
Hun conclusie is dat interacties tussen de magma-oceaan en een oeratmosfeer van moleculaire waterstof kunnen hebben resulteren in een aantal karakteristieke eigenschappen van de aarde, zoals de overvloed aan water en de geoxideerde toestand van haar mantel. In hun nagebootste baby-aarde resulteerden interacties tussen de magma-oceaan en de atmosfeer erin dat grote hoeveelheden waterstof naar de metalen kern migreerden, de mantel oxideerde en grote hoeveelheden water werden geproduceerd.
Volgens de wetenschappers zouden de interacties tussen de waterstofatmosfeer en de magma-oceaan, zelfs als al het rotsachtige materiaal dat in botsing kwam met de in aanbouw zijnde aarde volledig droog was, grote hoeveelheden water hebben gegenereerd. Er kunnen ook andere bronnen van water zijn geweest, maar die zijn niet noodzakelijk om de huidige toestand van onze planeet te verklaren. (EE)
Bron:
How did Earth get its water? UCLA & Carnegie Institution for Science, Nature, 12 april
terug naar het antropisch principe
terug naar het weblog
^