Sporen van de proto‑Aarde ontdekt in oud gesteente

Wetenschappers beweren sporen te hebben gevonden van materiaal dat dateert van vóór de grote botsing die de Aarde en de maan vormde. Volgens nieuw geochemisch onderzoek zouden fragmenten uit de binnenste delen van de oorspronkelijke planeet, de zogenaamde proto‑Aarde, bewaard zijn gebleven in zeer oud gesteente en in magma dat vandaag de dag nog uit de diepe mantel naar boven komt.

Aanleiding en het kosmische beeld

Meer dan 4,4 miljard jaar geleden vond een enorme impact plaats tussen de proto‑Aarde en een kleinere lichaam dat bekendstaat als Theia. Die gebeurtenis leverde naar alle waarschijnlijkheid het materiaal voor het ontstaan van de maan en transformeerde de jonge aarde tot een oppervlak bedekt door lava. In zo’n catastrofe zou je verwachten dat sporen van de oorspronkelijke planeet zijn verdwenen door grootschalige menging en smelting, maar recent onderzoek wijst op het tegenovergestelde.

Een internationaal team van Chinese en Amerikaanse onderzoekers analyseerde mineralen uit enkele van de oudste gesteenten op Aarde, onder meer uit Groenland en Canada. Daarnaast bekeken ze basaltmonsters afkomstig van hotspot‑vulkanen op Hawaï en Réunion. Die laatste twee locaties leveren stollingsgesteente dat afkomstig is van magma uit de diepe mantel, en bieden zodoende een venster naar materiaal dat mogelijk weinig is beïnvloed door latere processen.

Kalium‑40 als aanwijzing voor ouder materiaal

De onderzoekers stelden vast dat sommige monsters een lager gehalte hadden aan de radioactieve isotoop kalium‑40 dan gebruikelijk is bij gesteenten ouder dan ongeveer 3,5 miljard jaar. Dit tekort aan kalium‑40 interpreteren zij als aanwijzing voor kleine, onvermengde fragmenten van proto‑Aarde‑materiaal die zich tot op de huidige dag hebben weten te handhaven.

Geochemicus Nicole Nie van MIT leidde een deel van de studie en zegt: “Dit is misschien het eerste directe bewijs dat er nog materiaal van de proto‑Aarde bestaat.” Ze voegt toe dat het bijzonder is om een stukje van de zeer vroege planeet te kunnen zien, aangezien zulke oude sporen doorgaans zouden zijn weggevaagd door de geologische geschiedenis van de planeet.

Martin Schiller, die geochemie bestudeert aan Københavns Universitet, bevestigt de lastigheid van de metingen maar noemt de resultaten overtuigend: “Het is vrij indrukwekkend als het klopt. Deze metingen zijn technisch uitdagend, maar de afwijking lijkt consistent.”

Waarom hotspots belangrijk zijn

De Aarde bestaat uit kern, mantel en korst. Magma dat vulkanen voedt ontstaat in de mantel. Bij de meeste vulkanen komt dit materiaal uit de bovenste mantel. Hotspot‑vulkanen zoals Hawaï en Réunion ontvangen magma dat afkomstig is uit de diepere mantel, mogelijk zelfs uit delen die al miljarden jaren relatief ongestoord zijn gebleven. Dat maakt dergelijke locaties waardevol voor het opdiepen van oud materiaal dat anders onbereikbaar zou zijn.

De basaltmonsters van deze hotspots vertoonden systematisch lagere kalium‑40‑waarden dan monsters die uit hogere delen van de mantel afkomstig zijn. Schiller benadrukt dat het gaat om materiaal uit de diepere mantel dat zich onderscheidt door zijn isotopische samenstelling; hij acht het plausibel dat dit materiaal ouder is en mogelijk afkomstig van de proto‑Aarde.

Interpretatie en voorbehoud

Als de conclusies standhouden, betekent dit dat delen van de binnenste proto‑Aarde niet volledig werden vermengd met materiaal van Theia tijdens de botsing. Dat geeft onderzoekers een unieke kans om terug te kijken naar de toestand van de aarde vóór de vorming van de maan en zo beter te begrijpen hoe onze planeet zich heeft ontwikkeld in het jonge zonnestelsel.

Toch waarschuwen de auteurs dat alternatieve verklaringen denkbaar zijn. Het is mogelijk dat de isotopische samenstelling later is veranderd door andere processen, waardoor de kalium‑40‑anomalie niet direct een primitieve oorsprong hoeft aan te wijzen. Schiller stelt daarom voor vervolgonderzoek te doen, waaronder analyses van silicum‑isotopen in hetzelfde materiaal. Die aanvullende data kunnen helpen om vast te stellen of de waarnemingen daadwerkelijk een betrouwbaar spoor naar de proto‑Aarde vormen.

Wat betekent dit voor aarde‑en maanonderzoek?

• Het zou direct bewijs leveren voor het bestaan van onvermengde, zeer oud aardmateriaal.
• Het draagt bij aan het begrip van de samenvoeging van planetair materiaal tijdens de vroege geschiedenis van het zonnestelsel.
• Het maakt nieuwe mogelijkheden voor vergelijkende isotopenstudies open, zowel op Aarde als in gegevens van maangesteente.

De uitkomst van dit soort studies kan onze reconstructie van de geologische en chemische evolutie van de aarde verfijnen, en geeft aanleiding tot gerichte monsters en isotopische checks op extra locaties wereldwijd.

Veelgestelde vragen

1. Hoe oud is het materiaal dat is onderzocht?

De studie richt zich op gesteenten en basaltmonsters die verband houden met perioden ouder dan circa 3,5 miljard jaar, en op processen die teruggaan tot meer dan 4,4 miljard jaar geleden toen de botsing met Theia plaatsvond.

2. Waarom is kalium‑40 een nuttige indicator?

Kalium‑40 is een radioactieve isotoop die in de loop van de geologische tijd afneemt. Afwijkingen in de verwachte kalium‑40‑concentratie kunnen wijzen op ongewoon oud of onvermengd materiaal, of op latere processen die de isotopische handtekening hebben veranderd.

3. Kunnen deze bevindingen direct aantonen dat het om proto‑Aarde gaat?

De resultaten zijn veelbelovend maar niet sluitend. Ze vormen een sterk signaal dat sommige diepe mantelfragmenten zeer oud kunnen zijn en mogelijk uit de proto‑Aarde stammen. Verdere isotopische analyses, zoals van silicum, zijn nodig om deze interpretatie te versterken.

4. Welke vervolgstappen stellen onderzoekers voor?

Onderzoekers adviseren aanvullende studies op meer locaties en het uitvoeren van aanvullende isotopenmetingen, met name van silicium‑isotopen, om alternatieve verklaringen uit te sluiten en de oorsprong van het materiaal robuuster vast te stellen.