Een atoombom diep in de aarde

De maan is niet ontstaan door een botsing, maar door een gigantische onderaardse kernexplosie, zegt maanonderzoeker Wim van Westrenen.

‘Wat wij zeggen”, geeft Van Westrenen als eerste toe, “is inderdaad behoorlijk extreem”: De maan zou ontstaan zijn door een gigantische kernexplosie in het binnenste van de aarde, kort na het ontstaan van de aarde zelf, 4,5 miljard jaar geleden.

Vorige week publiceerden gesteentedeskundige Van Westrenen van de Vrije Universiteit, de Groningse kernfysicus Rob de Meijer en kernfysicus Vladimir Anisitsjkin uit Novosibirsk hun ultieme kernrampscenario in het vakblad Chemical Geology.

Eindelijk, want Van Westrenen leurt al vijf jaar met het verhaal. In 2008 schreef het populair-wetenschappelijke tijdschrift Natuurwetenschap & Techniek al over een eerste versie van de theorie, maar drie peer-reviewed vakbladen wezen het af. En ook bij de uiteindelijke uitgever leidde het indienen tot ongekende taferelen in academische kringen.

“Toen het verhaal al geaccepteerd was en zelfs al online stond, kwamen er klachten bij de redactie: dat dit het aanzien van het blad ernstig zou schaden, en dat er bovendien helemaal geen behoefte was aan een nieuw model voor het ontstaan van de maan”, zegt Van Westrenen. Het verhaal verdween weer van de website. Pas na een nieuwe peer-review-ronde is het dan nu eindelijk officieel gepubliceerd.

“Ik vind dat toch een poging tot censuur”, sputtert Van Westrenen nog na in zijn werkkamer. Hij huist in een pijpenla onderin een gebouw van de Vrije Universiteit in Amsterdam, vol met boeken, papieren en brokken gesteente. Aan de muur hangt de beroemde foto van Buzz Aldrin op de maan, Van Westrenens belangrijkste onderzoeksonderwerp.

Het idee van de atoombommaan ontstond uit een gesprek tussen Van Westrenen en Rob de Meijer, emeritus hoogleraar kernfysica in Groningen. “Ik was toen net begonnen met onderzoek aan de maan, en ik legde Rob uit dat we al lang weten hoe de maan ontstaan is.”

De algemeen geaccepteerde theorie uit de jaren zeventig is dat de maan is ontstaan na een botsing van de nog jonge aarde met een hemellichaam ter grootte van Mars, Theia genaamd (in de Griekse mythologie de moeder van de maan). Uit de brokstukken van dat cataclysme moet de maan samengeklit zijn.

Van Westrenen: “Ik geloofde daar ook in. Maar het werd steeds duidelijker dat de maan wel heel erg op de aarde leek. De Apollo-astronauten hebben een paar honderd kilo maanstenen meegenomen, en die kunnen we steeds preciezer analyseren.”

Steeds preciezer lijkt het maangesteente op dat uit de mantel van de aarde. Zuurstof, chroom, titaan, wolfraam en silicium in beide gesteenten hebben dezelfde verhoudingen aan isotopen (verschillende varianten van hetzelfde chemische element). Dat is veelbetekenend, omdat deze isotopenverhoudingen afhangen van de afstand van de zon die het gesteente in het jonge zonnestelsel heeft.

Dat zou dus betekenen dat Theia ofwel stomtoevallig precies dezelfde samenstelling als de aarde had, of dat tijdens de botsing de twee gesmolten hemellichamen grondig met elkaar vermengd zijn. Uit simulaties van botsingen blijkt dat laatste vrijwel onmogelijk.

Van Westrenen: “Toen Rob zijn idee lanceerde dat de maan ook wel eens door een ondergrondse kernreactie zou kunnen zijn ontstaan, dacht ik eerst dat zijn verhaal zo onderuit te halen was.”

Maar bij nader inzien leek het ook weer niet zo heel idioot. Een paar jaar eerder waren nieuwe ideeën geopperd over de geologische D”-laag. Dat is een mysterieuze laag grillig gevormd materiaal op circa 2.900 kilometer diepte, tussen de vloeibare ijzeren kern van de aarde en de taaiere siliciumhoudende mantel. De vorm van de D”-laag is af te leiden uit de voortplanting van seismische golven door de aardbol.

Twee geofysici suggereerden dat de D”-laag bestaat uit de restanten van de allereerste aardkorst, die ontstond toen de vloeibare aarde stolde. In die eerste aardkorst hoopten zich grote hoeveelheden uranium, thorium en plutonium op, samen met andere zware elementen. Kort daarna zonk die zware korst naar de bodem van de mantel.

“De D”-laag is de begraafplaats van de oudste korst”, zegt Van Westrenen. En dus ook een opeenhoping van uranium, thorium en plutonium, nucleaire splijtstoffen die zich ook nog eens concentreerden in het mineraal calciumperovskiet, dat deze zware elementen gemakkelijk opneemt.

Toch was de concentratie splijtstof nog subkritisch, ofwel: niet hoog genoeg om een kettingreactie te veroorzaken. Daarbij valt een splijtbare atoomkern uit elkaar in twee brokstukken, waarbij ook neutronen vrijkomen. Die neutronen kunnen botsen met een volgende atoomkern, die dan ook uiteenvalt en meer neutronen produceert. Het is een reactie die snel uit de hand kan lopen, zoals meltdowns en atoombommen overtuigend laten zien.

En op zekere dag moet dat ook gebeurd zijn. “De inslag van een planetoïde van een kilometer of honderd kan de trigger zijn geweest. Door de drukgolf krijg je een enorme verdichting in de D”-laag”, zegt Van Westrenen. Binnen een paar milliseconden explodeert er binnenin de aarde een atoombom met een kracht van zo’n 100 miljard keer het huidige kernwapenarsenaal. Niet voor niets is de derde co-auteur, de nucleaire explosierekenaar Vladimir Anisitsjkin, afkomstig uit het Sovjet-kernwapenonderzoek.

De drukgolven van de explosie slingeren brokstukken mantel de ruimte in. Sommige vallen terug of ontsnappen voorgoed, maar een groot deel heeft de juiste snelheid om in een baan om de aarde verder te draaien, klontert samen tot een bol, en is nog bijna elke avond aan de hemel te zien. Van Westrenen: “Dit scenario verklaart wel waarom de mantel en de maan op elkaar lijken: de maan ís gewoon een stuk aardmantel.”

Maar is het ook zo gegaan? “Dat weten we niet zeker. We hebben het over iets dat 4,5 miljard jaar geleden gebeurd is. Mensen vragen vaak: wat is jullie bewijs? Dan zeg ik: de maan – daar staat hij – heeft dezelfde samenstelling als de aarde.”

Dat niet iedereen daardoor overtuigd is, was al duidelijk uit de publicatieperikelen, maar de hypothese levert wel toetsbare voorspellingen op. Van Westrenen: “Van de meeste splijtproducten vind je weinig terug, die zijn vervallen of teruggemengd in de mantel, maar je verwacht wel een hogere concentratie aan xenon-136 op tien meter diepte in de maan.”

De Apollo-astronauten kwamen met hun grondboor in de jaren zeventig niet verder dan zo’n anderhalve meter, maar het is niet uitgesloten dat dat record in de komende decennia verbeterd wordt. Westrenen: “De Chinezen zijn goed bezig.”

Een algemenere voorspelling is dat metingen zullen blijven uitwijzen dat de maan en de aardmantel dezelfde samenstelling hebben. Wat dat betreft wordt Van Westrenen op zijn wenken bediend. Bijna tegelijk met zijn eigen artikel verscheen in Science een artikel dat aantoont dat maan- en aardwater dezelfde isotopenverhoudingen, en dus dezelfde oorsprong hebben. Dat is des te betekenisvoller omdat alle water tijdens een impactscenario zeker verdampt zou zijn.

“Ik beweer niet dat ons verhaal per se waar is, maar er is wel degelijk wat mis met het impact-scenario”, zegt Van Westrenen, “Wij zeggen: laat die impact nou eens los.”