Groeiende aarde raakte veel massa kwijt

Planeetvorming

De botsingen met ruimtestenen waardoor de aarde groeide, waren zo hevig dat veel gesteente verdampte en in het heelal verdween.

De groei van een planeet: rond een jonge zon ligt een schijf van stof en gas waarin planeten ontstaan die groeien door hevige botsingen met andere ruimtestenen. Tekening NASA

De aarde, Mars en andere rotsachtige hemellichamen groeiden tot hun huidige omvang door vele botsingen met grote en kleine ruimtestenen. Bij grote botsingen kwam vaak zoveel energie vrij dat aanwezig gesteente smolt en zich een tijdelijke dampkring van gesmolten gesteente vormde. Toen de groeiende aarde nog klein was, en haar zwaartekracht daardoor ook, ontsnapte veel van dat materiaal de ruimte in.

Zo kan wel meer dan 40 procent van het binnengekomen materiaal weer de ruimte in zijn verdwenen, laten twee onderzoeken, donderdag in Nature gepubliceerd, zien. En bij dat proces verdwenen lichtere isotopen gemakkelijker dan zware. Daarmee komen de twee onderzoeksgroepen nu op hetzelfde moment met een verklaring voor een oud probleem.

Vrijwel alle wetenschappers nemen aan dat de aarde, de eveneens rotsige planeet Mars en sommige planetoïden zijn ontstaan uit materiaal waarvan de restanten de zogeheten chondrieten zijn. Deze meteorieten (‘ruimtestenen’) hebben sinds hun vorming – 4,5 miljard jaar geleden – geen grote veranderingen ondergaan. Alleen: de chemische samenstelling van die chondrieten verschilt van die van de planeten.

In vergelijking met chondrieten vertonen de aarde en verwante hemellichamen een tekort aan vluchtiger elementen zoals die in veel gesteenten worden aangetroffen. Twee onderzoeksteams komen nu – elk op eigen wijze – met een verklaring.

Het team onder leiding van de Nederlander Remco Hin (universiteit van Bristol) keek naar de verhouding tussen de twee stabiele isotopen van het element magnesium: Mg24 en het zwaardere Mg25. De gesteenten van de aarde en haar soortgenoten bevatten naar verhouding iets meer Mg25 dan de chondrieten. Het verschil laat zich, na berekeningen, verklaren met de verdamping van gesteente. Zolang de aarde kleiner was dan de huidige planeet Mars, en een veel geringere aantrekkingskracht had, kon veel van het verdampte materiaal de ruimte in verdwijnen.

Aardwetenschappers Ashley Norris en Bernard Wood van de Universiteit van Oxford komen langs andere weg tot een vergelijkbare conclusie. Zij smolten aards basaltgesteente in een oven. De verdamping van een aantal vluchtige elementen uit het gesteente kon hun relatieve tekort in het huidige aardse gesteente verklaren.

In een begeleidend commentaar in Nature wijst de Amerikaanse planeetwetenschapper Edward Young er overigens op dat de onderzoekers met hun modellen de opmerkelijke verschillen in de isotopenverhouding van de aarde en Mars nog niet kunnen verklaren.

Ook Wim van Westrenen, planeetwetenschapper aan de Vrije Universiteit Amsterdam, heeft bedenkingen. „Het lastige is dat je vluchtige elementen ook kunt verliezen doordat ze in de kern van de planeet worden opgenomen”, aldus Van Westrenen. „In beide gevallen vind je maar weinig van de elementen terug in de gesteentemantel en korst van een planeet. Het wordt nog een hele puzzel om uit te vinden welk proces voor welk element domineert.”