Toen de aarde ontstond, was het te warm voor water. Maar waar kwam ze dan vandaan? Twee nieuwe onderzoeken laten zien hoe Jupiter een rol speelde.
De mensheid bestaat omdat er een echte explosie was. En meer dan eens. Tijdens de geboorte-uren van het zonnestelsel vormden stofdeeltjes eerst kleine stukjes en daarna grote asteroïden. Massieve lichamen versmolten voortdurend met elkaar en versmolten tot een nieuw lichaam. Uiteindelijk bleven er maar een paar planetaire brokstukken over, die geleidelijk hun weg om de zon baanden. Dit is hoe de aarde 4,5 miljard jaar geleden verscheen.
Deze theorie over de oorsprong van de aarde is een wetenschappelijk compromis. Alleen beantwoordt hij niet alle vragen. Waar kwam water vandaan op de blauwe planeet? Onderzoekers zijn het immers unaniem van mening dat toen de aarde werd gevormd, het te heet was voor watermoleculen. Er zijn verschillende theorieën over de oorsprong ervan.
Twee relevante onderzoeken promoten tegelijk een van de nieuwste theorieën, volgens welke Jupiter een hoofdrol speelde. Water en andere vloeibare stoffen werden naar de aarde gebracht niet op de manier waarop ze er eerder over dachten, in een later stadium met behulp van kometen en asteroïden, maar al in de eerste fase van de opkomst van de planeet.
In het begin was er hitte
Toen het ruimtebombardement plaatsvond, was de temperatuur in het zonnestelsel zo hoog dat water alleen in de vorm van gas bestond. Maar de jonge, ongevormde planeten konden dit gas niet accepteren. In plaats daarvan bracht een sterke zonnewind het de diepten van de ruimte in. Pas later keerde de vitale chemische verbinding H20 terug uit het buitenste, koude zonnestelsel. Wanneer? En hoe?
Onderzoek door wetenschappers Mario Fischer-Gödde en Thorsten Kleine van de Universiteit van Münster geeft aan dat de vreemde beweging van de planeet Jupiter tijdens de eerste miljoen jaar van het zonnestelsel water terug naar de aarde bracht. Deze gegevens zijn in tegenspraak met de wijdverspreide theorie, volgens welke water pas in de laatste fase van de oorsprong van de aarde 4,4-3,9 miljard jaar geleden op aarde terechtkwam met behulp van meteorieten en asteroïden. Hun belangrijkste argument is het zeldzame element ruthenium.
Promotie video:
Het materiaal heeft bijzondere eigenschappen. Het neigt naar ijzer, siderofiel, zoals de onderzoekers zeggen, en daarom zonk het in de vroege stadia van de opkomst van de planeet voor het grootste deel naar de kern, die ijzer bevat. Maar ruthenium wordt ook aangetroffen in de lagen van de aardkorst en mantel. Ideaal voor Fischer-Gedde en Kleine, omdat ze daardoor weten wat ze moeten vertellen over de recente geschiedenis van de aarde.
Zwervende Jupiter
Terrestrisch ruthenium heeft een specifieke samenstelling. Het bestaat uit atomen met verschillende aantallen neutronen, isotopen, en bezit dus een soort chemische vingerafdruk die het team zou kunnen vergelijken met ruthenium van jonge meteorieten.
Afhankelijk van de oorsprong van de meteorieten, die overblijfselen zijn van het jonge zonnestelsel, verschilt ook de samenstelling van hun ruthenium. Kometen die water uit het buitenste zonnestelsel bevatten, hebben een andere vingerafdruk dan droge meteorieten uit het binnenste zonnestelsel. Het ontstaan van de mantel uit de laatste fase van het ontstaan van de aarde kan hierdoor worden verklaard.
De resultaten van de Fischer-Gedde-studie geven aan dat de mantel afkomstig is van meteorieten uit de enstatite-chondrietfamilie. Waterrijke objecten uit het buitenste zonnestelsel lijken niet te zijn ingestort.
“Omdat we kunnen uitsluiten dat het water met de meteorieten op aarde is gekomen, gebeurde het net daarvoor”, zegt Torsten Kleine. Zijn onderzoek onderbouwt het 'Big Pivot'-model, dat pas een paar jaar geleden werd opgericht.
In overeenstemming met dit model dreef de jonge Jupiter naar het binnenste zonnestelsel vanwege het effect van de gasomhulling van de planeet. Toen Saturnus later tevoorschijn kwam, werd het weer naar buiten getrokken in de baan van vandaag. Terwijl de gasreus op zijn terugweg rotsachtig materiaal naar de zon duwde, gooide hij meteorieten en water van het buitenste zonnestelsel naar de aarde. “Hierdoor kwamen er op een bepaald moment veel waterhoudende meteoren naar de aarde”, zegt Kleine. En dit gebeurde vrij vroeg in de geschiedenis van de aarde.
Waterloze meteorieten hebben de aarde gevormd
Een andere studie van Nicholas Daufas van de Universiteit van Chicago ondersteunde de onderzoekers in hun theorie. De Amerikaanse onderzoeker wendde zich ook tot het idee van ruthenium en paste het tegelijkertijd toe op verschillende elementen. Ze verschijnen allemaal zowel op aarde als in meteorieten. In tegenstelling tot Duitse wetenschappers toetste hij zijn aannames niet op echte kosmische elementen, maar ontwikkelde hij op basis van beschikbaar onderzoek een wiskundig model over de oorsprong van aards materiaal. Volgens haar is de aarde in twee fasen ontstaan. In de eerste fase werd het bouwmateriaal gevormd door enkele waterrijke meteorieten uit het buitenste zonnestelsel - ongeveer een tiende van de toenmalige massa van de aarde - en watervrije enstatietchondrieten. In de tweede fase waren er geen waterrijke meteorieten meer; alleen enstatite chondrieten werden naar de aarde gestuurd.
Geen gegevens over kometen
Het probleem is dat alle wetenschappers alleen meteorieten hebben bestudeerd, dat wil zeggen hemellichamen die op de aarde zijn gevallen. "We nemen aan dat de verhouding van isotopen van ruthenium minder consistent is met de verhouding met de aarde, hoe verder van de zon kometen verschijnen", zegt Kleine. 'Daarom sluiten we externe hemellichamen uit als dragers van water in het laatste stadium van de oorsprong van de aarde.' Als er, tegen de verwachting in, kometen buiten het zonnestelsel zijn die dezelfde isotopen van ruthenium hebben als de aarde, zal dit model niet meer functioneren.
Wat ontbreekt om het mysterie over de bron van het aardwater op te lossen, zijn betrouwbare gegevens over dergelijke hemellichamen. Ze kunnen worden geleverd door komeet-expedities. Omdat de Rosetta-missie van het European Space Agency nog niet genoeg gegevens heeft opgeleverd, wedden onderzoekers op toekomstige projecten. Een officieel besluit over een dergelijke missie is echter nog niet genomen.
Tobias Landwehr