Het water op aarde kan zijn ontstaan door interacties tussen de waterstofrijke atmosferen en de magma-oceanen van de planetaire embryo’s waaruit zij is opgebouwd, zo blijkt uit nieuw onderzoek (Nature).
Decennialang was de kennis over planeetvorming voornamelijk gebaseerd op ons eigen zonnestelsel.
Over het algemeen zijn wetenschappers het erover eens dat de aarde en de overige rotsachtige planeten zijn ontstaan uit de schijf van stof en gas en stof die onze zon in haar jeugd omringde. Door onderlinge botsingen werden de ‘baby-planetesimalen’ waaruit de aarde uiteindelijk werd gevormd groter en heter, en smolten ze door de warmte van botsingen en radioactieve elementen tot grote ‘oceanen’ van magma.
Toen onze planeet geleidelijk afkoelde, zakte het meest dichte materiaal naar de kern, en werd de aarde in drie lagen opgedeeld: een metalen kern, een rotsachtige mantel en een korst.
De explosieve opkomst van het exoplanetenonderzoek van het afgelopen decennium heeft echter geleid tot nieuwe inzichten omtrent de ‘embryonale’ toestand van planeten. Waarnemingen van exoplaneten hebben laten zien dat pas gevormde planeten tijdens hun eerste miljoenen jaren van groei zijn omgeven door een atmosfeer die rijk is aan moleculaire waterstof.
Deze waterstofomhulsels verdwijnen uiteindelijk, maar ze laten wel hun sporen na in de samenstelling van de jonge planeet. Op basis van deze informatie hebben Anat Shahar (Carnegie Science) en Edward Young (UCLA) nieuwe modellen voor de vorming en evolutie van de aarde ontwikkeld, om na te gaan of de karakteristieke chemische eigenschappen van onze thuisplaneet reproduceerbaar zijn.
Met behulp van wiskundige modellen onderzochten ze de uitwisseling van materialen tussen atmosferen van moleculaire waterstof en magma-oceanen door te kijken naar 25 verschillende verbindingen en 18 verschillende soorten chemische reacties – complex genoeg om waardevolle gegevens op te leveren over de mogelijke vormingsgeschiedenis van de aarde, maar eenvoudig genoeg om volledig te kunnen interpreteren.
Hun conclusie is dat interacties tussen de magma-oceaan en een oeratmosfeer van moleculaire waterstof kunnen hebben geresulteerd in een aantal karakteristieke eigenschappen van de aarde, zoals de overvloed aan water en de geoxideerde toestand van haar mantel.
In hun nagebootste baby-aarde resulteerden interacties tussen de magma-oceaan en de atmosfeer erin dat grote hoeveelheden waterstof naar de metalen kern migreerden, de mantel oxideerde en grote hoeveelheden water werden geproduceerd.
Volgens de wetenschappers zouden de interacties tussen de waterstofatmosfeer en de magma-oceaan, zelfs als al het rotsachtige materiaal dat in botsing kwam met de in aanbouw zijnde aarde volledig droog was, grote hoeveelheden water hebben gegenereerd.
Er kunnen ook andere bronnen van water zijn geweest, maar die zijn niet noodzakelijk om de huidige toestand van onze planeet te verklaren. (EE)
(Image Credit: Edward Young/UCLA & Katherine Cain/Carnegie Institution for Science)
