De ingewanden van de aarde begonnen onverwacht laat, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, actief gassen en vloeistoffen uit te wisselen met de atmosfeer en hydrosfeer. Dit spreekt tot de ongebruikelijke aard van de afkoeling van de planeet, zeggen geologen in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
“De meeste mensen zijn zich er niet van bewust dat er een enorme hoeveelheid water, verschillende gassen en andere vluchtige stoffen in de ingewanden van de aarde zit. Hun aandeel is relatief laag, maar dit wordt gecompenseerd door de enorme massa van de mantel. Om deze reden speelt de 'ademhaling' van de planeet, de uitwisseling van gassen tussen de lithosfeer, de atmosfeer en de hydrosfeer, een belangrijke rol in het bestaan en de evolutie van leven,”zegt Rita Parai van de Universiteit van Washington in St. Louis (VS).
Cirkel van het leven
Volgens geologen bestaat er leven op aarde en is het afwezig op Venus vanwege het feit dat de ingewanden van onze planeet niet stilstaan, maar constant "migreren" tussen het oppervlak en de diepe lagen van de lithosfeer. De beweging van de continenten, de geleidelijke onderdompeling van hun rotsen in de diepten van de mantel en hun daaropvolgende "opkomst" helpen de aarde overtollige warmte te "weggooien" en het klimaat te stabiliseren.
Dit proces heeft volgens wetenschappers niet alleen invloed op het klimaat, maar ook op de samenstelling van de atmosfeer en de oceanen van de aarde. Wanneer de rotsen van de continenten diep in de mantel zinken, dragen ze grote hoeveelheden sedimentair gesteente met verschillende gassen, water en andere vluchtige stoffen met zich mee. Ze keren terug naar de oppervlakte samen met vulkaanuitbarstingen, die de samenstelling van lucht en water vaak dramatisch veranderen en het leven op aarde sterk beïnvloeden.
Recentelijk hebben geologen bijvoorbeeld ontdekt dat het "opduiken" van de mantel in de buurt van het moderne Norilsk heeft geleid tot de verzadiging van de atmosfeer met een grote hoeveelheid broeikasgassen en het "zaaien" van de oceanen met voedingsstoffen die de groei van microben versnellen. Beide gebeurtenissen, die ongeveer 255 miljoen jaar geleden plaatsvonden, dienden als een trigger voor het uitsterven van het Perm, de ernstigste ramp in de geschiedenis van het leven op aarde.
Paray en haar collega Sujoy Mukhopadhyay van de Universiteit van Californië in Davis (VS) kwamen erachter wanneer dergelijke "lichte" planeten ontstonden door de oudste monsters van de aardkorst en mantel te bestuderen.
Promotie video:
Zoals geologen uitleggen, bevatten de ingewanden van de planeet kleine hoeveelheden edelgassen die daar terechtkomen, zowel samen met de "zinkende" korst, als voortkomend uit het verval van uranium, thorium en andere radioactieve elementen.
Late start
Mukhopadhyay en Paray merkten op dat de verhoudingen van de isotopen van een van deze gassen, xenon, heel verschillend zullen zijn voor gesteenten die vaak in contact komen met water en de atmosfeer, en voor de primaire materie van de aarde. De primaire mantel moet bijvoorbeeld relatief grote hoeveelheden xenon-129 en xenon-136 bevatten, en de lucht en bewerkte rotsen van de korst moeten xenon-124 en xenon-128 bevatten.
Geleid door dit idee, analyseerden wetenschappers verschillende monsters van meteorieten, vergelijkbaar in samenstelling met de primaire materie van de aarde, evenals mantelgesteenten die relatief recent het binnenste van de planeet verlieten, en probeerden ze het tijdstip van lancering van zijn "longen" te berekenen.
Deze berekeningen toonden aan dat "atmosferisch" xenon vrijwel volledig afwezig was in het binnenste van de aarde gedurende de eerste twee miljard jaar van het leven van de planeet. Dergelijke bevindingen kwamen als een grote verrassing voor wetenschappers.
Enerzijds kan dit betekenen dat tektonische processen en de circulatie van gesteenten in de lithosfeer onverwacht laat begonnen, slechts 2,5 miljard jaar geleden. Dit is volgens Paray hoogst twijfelachtig gezien het bestaande geologische bewijs. Aan de andere kant sluiten wetenschappers de mogelijkheid niet uit dat xenon en andere gassen eenvoudigweg niet in de mantel zijn gekomen, omdat de ingewanden van de aarde in de eerste tijdperken van haar leven veel heter waren dan we tegenwoordig denken.
Dit leidde tot het feit dat de meeste gassen de aardkorstrotsen verlieten voordat ze tijd hadden gehad om in de diepe lagen van de mantel te duiken, waardoor atmosferisch xenon niet kon "mengen" met ondergrondse reserves van dit gas en hun isotopensamenstelling veranderde. Ongeveer 2,5-2,4 miljoen jaar geleden koelden ze sterk af, de reden daarvoor valt nog te bezien.
Ongeacht welke van de theorieën correct is, zowel de ene als de andere interpretatie van deze ontdekking verandert merkbaar onze ideeën over het verschijnen van de vroege aarde en de omstandigheden waarin de eerste levende organismen ontstonden, concluderen de auteurs van het artikel.
