Je leest:

Maanraadsel opgelost – heel even dan

Maanraadsel opgelost – heel even dan

Auteur: | 21 april 2015

Hoe is de maan ooit uit de aarde ontstaan? Door een ruimtebotsing, luidt de gangbare theorie, maar die is bepaald niet onomstreden. In Nature komen onderzoekers uit Israël met nieuwe argumenten. Duitse en Amerikaanse wetenschappers halen die in hetzelfde nummer echter alweer onderuit.

Voor wie geïnteresseerd is in de vorming van planeet aarde en haar maan was het smullen geblazen deze maand. In het nummer van Nature dat half april uitkwam, stond het antwoord op één van de meest prangende vragen uit deze tak van de wetenschap – om vervolgens onmiddellijk in twijfel te worden getrokken. Hoe is de maan ooit afgesplitst van de aarde?

Botsing tussen twee hemellichamen (artistieke impressie). Volgens de gangbare theorie is de maan zo ontstaan.
University of Copenhagen

De geboorte van de maan

Voor het ontstaan van de maan bestaat nog altijd geen onomstreden verklaring. Volgens de meest gangbare theorie kwam er een ruimtebotsing aan te pas. Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden zou de aarde getroffen zijn door de inslag van een brok ruimtegesteente ter grootte van de planeet Mars. Theia, wordt dit (speculatieve) ruimteprojectiel genoemd.

De botsing met Theia veroorzaakte een grote hoeveelheid puin en stof, zowel van de aarde als van Theia zelf, dat zich vervolgens herformeerde tot een nieuw hemellichaam: De maan.

Samenstelling

Maar waarom heeft de aarde dan bijna exact dezelfde chemische samenstelling als de maan? Hoe kan het dat bijvoorbeeld de verhouding in de verschillende verschijningsvormen (isotopen) van zuurstof in de maan en de aarde hetzelfde zijn? Je zou toch verwachten dat de samenstelling van de maan slechts gedeeltelijk gelijk is aan die van de aarde, omdat er ook bestanddelen van Theia in moeten zitten?

Op deze vraag boden onderzoekers uit Haifa (Israël) in Nature een antwoord: misschien verschilde de samenstelling van Theia destijds nauwelijks van die van de aarde. Uit computersimulaties van het ontstaan en botsen van protoplaneten, bleek dat bij twintig tot veertig procent van de ruimtebotsingen de botsende hemellichamen een vergelijkbare samenstelling hadden. Als dat bij de aanvaring tussen de aarde en Theia ook het geval was, is het mogelijk dat de maan inderdaad voor een groot deel is opgebouwd uit materiaal van Theia, maar dat simpelweg niet van het aardse gesteente te onderscheiden is.

De aarde en de maan.
NASA

Metalen

In hetzelfde nummer van Nature viel echter ook een argument tegen deze theorie te lezen, al betrof het hier ‘slechts’ de bijvangst van een heel ander soort onderzoek. Waarom bevat de aardmantel zoveel metalen? Dat was de vraag die in twee andere artikelen aan de orde kwam.

In de vroege geschiedenis van de aarde, toen de planeet nog heet en vloeibaar of gasvormig was en moleculen zich dus makkelijk konden verplaatsen, vond een sterke differentiatie plaats van het materiaal in de aardbol. Metalen en metaalminnende (siderofiele) elementen eindigden hierbij in de aardkern, terwijl silicaten en hun soortgenoten in de mantel achterbleven.

De aardmantel bevat echter veel meer metaalelementen dan op grond van die theorie verwacht kan worden. Voor de maan geldt dat ook, maar in mindere mate.

Vernislaag

Zowel planeetwetenschappers uit Duitsland als een groep onderzoekers uit Maryland in de Verenigde Staten denken dit raadsel nu te hebben opgelost. Zij schrijven dat de aarde en de maan zijn voorzien van een laagje ‘vernis’ dat bestaat uit buitenaards materiaal. De overmaat aan metaal in de mantel is pas ontstaan na de vorming van de kern en de geboorte van de maan, toonden de wetenschappers aan. In de loop der tijd hebben de hemellichamen kennelijk extra materiaal uit de ruimte aangetrokken, van waaruit de metalen uiteindelijk in de mantel terecht kwamen. “Op aarde hebben plaattektonische processen daar waarschijnlijk een rol bij gespeeld”, vertelt aardwetenschapper Thomas Kruijer van de Westfälische Wilhelms-Universität uit Münster, hoofdauteur van een van de artikelen.

“De theorie is niet nieuw”, zegt Kruijer, “maar door metingen te doen aan isotopen-verhoudingen van wolfraam in maangesteente, en deze te vergelijken met die in mantelgesteente op aarde, hebben we er nu bewijs voor geleverd.” In het materiaal uit de vernislaag moeten dan de wolfraamisotopen in een andere verhouding voor komen dan in de aardmantel. Nu het voor het eerst gelukt is de metingen zo nauwkeurig te doen dat deze zinvolle resultaten opleverden, concludeerden de onderzoekers dat de ‘vernislaag’ van ruimtegesteente inderdaad aanwezig is.

Aarde vanaf de maan in 1968.
Nasa Earth Observatory

Ontstaan van de maan?

Voordat het nieuwe ruimtemateriaal zich aan de hemellichamen vastkleefde, hadden de aarde en de maan juist dezelfde wolfraamisotopen-verhouding, luidde de tweede conclusie van de wetenschappers uit Münster echter. Het werd bevestigd door het team uit Maryland.

Die bevinding roept op zijn beurt tóch weer nieuwe vragen over de ruimtebotsing tussen Theia en de aarde. “De verdeling van wolfraam binnen een hemellichaam is zeer heterogeen (ongelijkmatig), dus de kans dat de aarde en de maan na zo’n botsing met precies dezelfde wolfraamverhouding zouden eindigen is wel heel erg klein”, aldus Kruijer.

En daarmee zijn we, wat de vorming van de maan betreft, dus eigenlijk gewoon weer terug bij af…

Bronnen:

  • Kruijer e.a. Lunar tungsten isotopic evidence for the late veneer, Nature (2015), doi:10.1038/nature14360
  • Mastrobuono-Battisti e.a. A primordial origin for the compositional similarity between the Earth and the Moon Nature 520 (2015), 212-215, doi:10.1038/nature14333
  • Touboul e.a Tungsten isotopic evidence for disproportional late accretion to the Earth and Moon, Nature (2015), doi:10.1038/nature14355
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 april 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.