In de kinderschoenen heeft de Aarde misschien een planeet opgeslokt die lijkt op Mercurius, maar veel groter. Deze vroege maaltijd zou de raadselachtige samenstelling van de aardlagen kunnen verklaren, en het zou het magnetische veld kunnen verklaren dat het leven hier mogelijk maakt.
gerelateerde inhoud
- Bescheiden Magnesium zou het magnetisch veld van de aarde kunnen voeden
- Het magnetisch veld van de aarde is minstens vier miljard jaar oud
- Metaalregen zou kunnen verklaren waarom de aarde van ander materiaal is gemaakt dan de maan
"We denken dat we deze twee vliegen in één klap kunnen slaan", zegt Bernard Wood, een geochemist aan de Universiteit van Oxford, die het idee deze week in het tijdschrift Nature rapporteerde .
Als het ongelooflijk lijkt dat we in 2015 nog steeds niet weten hoe onze wereld is ontstaan, overweeg dan hoe moeilijk het is om naar het interieur te gluren. De langste, hardste boren die ooit zijn gemaakt, kunnen niet verder gaan dan de dunne buitenste aardkorst. Natuurlijke kanalen van hete rots brengen nuttig materialen naar de oppervlakte vanuit de diepere mantellaag voor ons om te bestuderen, maar zelfs deze kolommen, honderden kilometers lang, lijken ondiep als we denken aan het centrum van de planeet meer dan 3.700 mijl onder ons. Het samenvoegen van de geschiedenis van de aarde is daarom een beetje als proberen te raden hoe een cake werd gebakken door het glazuur te proeven en misschien een paar verdwaalde kruimels. Er is nog voldoende ruimte voor nieuw bewijs en nieuwe ideeën.
"Het is spannende tijd om in het veld te zijn", zegt geochemist Richard Carlson van het Carnegie Institute of Washington. "Er komen veel dingen uit studies van de diepe aarde die we niet zo goed begrijpen."
Het traditionele beeld van hoe de aarde samenkwam, begint met ruimteafval. Rotsen die lijken op de steenachtige meteoren die nog steeds op ons neer regenen, slopen samen in steeds grotere brokken. Geperst, geteisterd en verwarmd, smolt een groeiende puinhoop uiteindelijk en koelde die vervolgens langzaam, gedurende miljarden jaren. Geologische kruimels bestudeerd in de jaren 1980 hielpen dit verhaal te bevestigen. Met uitzondering van bepaalde metalen zoals ijzer, waarvan men denkt dat de meeste tot de kern van de aarde zijn gezonken, leken terrestrische rotsen vrijwel uit hetzelfde spul te bestaan als chondrieten, een bepaalde groep steenachtige meteoren.
Ongeveer tien jaar geleden vond Carlson ruimte voor twijfel, nadat hij aardrotsen en ruimterotsen met betere instrumenten had vergeleken. Zijn team onderzocht twee zeldzame elementen met ongewone namen en magnetische persoonlijkheden: neodymium, een ingrediënt in de magneten die worden gebruikt in hybride auto's en grote windturbines, en samarium, gebruikelijk in koptelefoonmagneten. Terrestrische monsters bevatten minder neodymium ten opzichte van samarium dan chondrieten, vonden de onderzoekers.
Deze kleine discrepantie van slechts een paar procent was nog steeds moeilijk te verklaren. Misschien, speculeerde Carlson, vormde een koelingaarde lagen veel sneller dan eerder werd gedacht, in tientallen miljoenen jaren in plaats van miljarden. Een bovenste laag die snel gevormd zou worden, zou uitgeput raken in neodymium, in evenwicht gehouden door een onderste laag die het ontbrekende element diep in de mantel verborg. Er is echter geen bewijs gevonden voor dit geheime reservoir. De neiging om koppig vast te blijven zitten in de diepte is moeilijk te verklaren, gezien het feit dat de mantel kolkt als kokende soep, vaak de ingrediënten naar de oppervlakte brengend terwijl het vulkanen creëert. En als de maan werd geboren toen een planetair lichaam de aarde insloeg, zoals vaak wordt gedacht, had het smelten dat door die impact werd veroorzaakt het reservoir terug in de mantel gemengd.
In plaats van te proberen rekening te houden met verborgen neodymium, bedacht een tweede groep wetenschappers een manier om ervan af te komen. Ze stelden zich een korst voor die verrijkt was met neodymium en groeide op de chondritische rotsen waaruit de aarde was gemaakt. Botsingen tussen deze objecten hadden veel van deze buitenlaag kunnen wegschrapen, waardoor neodymium zeldzamer was.
Maar er zijn ook problemen met deze visie. Er zijn nooit meteorieten gevonden met composities die lijken op het geërodeerde puin. Ook zou die afgesleten huid veel van de hitte van de aarde hebben meegenomen. Uranium, thorium en andere radioactieve materialen, waarvan we weten dat ze verantwoordelijk zijn voor de hitte van onze planeet, zouden ook in de verwijderde laag zijn beland.
"Ongeveer 40 procent van de warmte-producerende elementen van de aarde zou verloren gaan in de ruimte", zegt Ian Campbell, de geochemist van de Australian National University.
In de hoop deze kritische elementen vast te houden, besloot Wood de chemie van de aarde in haar jeugd aan te passen. Hij liet zich inspireren door een van de vreemde planeten in ons zonnestelsel: Mercurius. Chemisch gezien is de planeet die het dichtst bij de zon staat een helse plaats vol met zwavel, in de moderne wetenschap bekend als zwavel. Hoe zouden lagen zich vormen in een jonge aarde als de planeet meer op Mercurius leek? Om deze vraag te beantwoorden, voegde Wood zwavel toe aan mengsels van elementen die bedoeld waren om de samenstelling van primitieve aarde te simuleren. Hij kookte de onechte planeten bij temperaturen zo heet als brandende vliegtuigbrandstof en sloeg ze met een zuiger op een druk van ongeveer 15.000 keer die in een typische huishoudelijke snelkookpan.
Gedoseerd met voldoende zwavel begraven de miniatuur proto-werelden neodymium terwijl ze lagen vormden - niet in hun nepmantels, maar dieper nog in hun nepkernen. Neodymium, voorgoed gevangen in de kern, zou de anomalie van Carlson kunnen verklaren. Deze extra zwavel zou afkomstig kunnen zijn van een Mercury-achtig object dat de groeiende aarde al vroeg trof, misschien suggereert zelfs hetzelfde object dat de maan heeft gevormd, Wood.
"We zouden een lichaam nodig hebben dat 20 tot 40 procent zo groot is als de aarde." Het is ook mogelijk dat de aarde in het begin groeide van een kernel die niet van chondrieten was gemaakt, maar van ander ruim puin dat rijk was aan zwavel. Hoe dan ook, deze kosmische verhaallijn had het toneel kunnen vormen voor de opkomst van het leven op aarde. Dat komt omdat zwavel ook zou hebben bijgedragen om uranium en thorium in de kern te trekken. De toegevoegde warmte van deze radioactieve elementen zou kunnen helpen om het buitenste deel van de kern te laten draaien, en deze krachtige beweging van gesmolten metaal zou de stromingen veroorzaken die op hun beurt het magnetische veld van de aarde genereren.
Een illustratie (niet op schaal) van de zon en zijn interactie met het magnetische veld van de aarde. (NASA Goddard Space Flight Center) Zonder magnetisme zouden zeeschildpadden en zeekapiteins niet kunnen navigeren - of zelfs bestaan. Leven op het aardoppervlak zou niet mogelijk zijn geweest zonder de bescherming die het veld biedt tegen hoog-energetische deeltjes die uit de zon stromen.
De collega's van Wood beschrijven zijn theorie als plausibel. Maar net als de andere oorsprongsverhalen die de afgelopen jaren over de aarde zijn geschreven, is het verre van definitief. Ten eerste waren de temperaturen en druk die in het experiment werden bereikt, hoe extreem ze ook waren, ver onder de omstandigheden in de proto-aarde. Ten tweede hebben studies over hoe aardbevingen door het binnenste van de planeet reizen grenzen gesteld aan hoe licht de kern kan zijn, en het dumpen van veel zwavel in het centrum van de planeet kan de kern ongemakkelijk dicht bij die grenzen brengen.
Om zijn zaak te versterken, is Wood van plan om het periodiek systeem te doorzoeken op andere elementen met mysterieuze overvloed die kan worden verklaard door zwavel aan de oorspronkelijke mix toe te voegen. Gezien de geschiedenis van het veld, is er veel voor nodig om sceptici zoals Bill McDonough, een geochemist aan de Universiteit van Maryland, te overtuigen. "Ik heb dit idee ver onder de 50 procent kans om gelijk te hebben", zegt hij .
