Niet alleen voor het menselijk lichaam is water essentieel. Dat geldt ook voor planeet Aarde. Zelfs in vaste gesteenten in de aardkorst en aardmantel is water onmisbaar voor de ons vertrouwde processen als plaattektoniek, zoals we kunnen lezen in het laatste nummer van Grondboor & Hamer, dat geheel aan water is gewijd.
De bestanddelen van water (H2O) zijn zo oud als het heelal. Waterstof vormde zich al tijdens de oerknal en zuurstof vormde zich later, in de kernen van sterren. Als een ster doodgaat, worden alle (relatief) zware elementen – waaronder de zuurstofatomen – de ruimte ingeblazen. Toen onze zon (een ‘tweede-generatie-ster’, of misschien zelfs een ster van de derde generatie) ontstond, was water al aanwezig. Het kon overleven in de minder hete schijf rond de zon.
Kolkgaten (Bourke’s Luck in Zuid-Afrika) zijn dankzij de eroderende kracht van water ontstaan. De aarde is uniek als het gaat om de grote invloed van water aan het oppervlak. Maar de rol van water is niet beperkt tot haar vormende kracht in de biosfeer. Ook ín de aarde speelt water een rol.
Wikimedia Commons/Rudi von StadenZwaartekracht onvoldoende
Van alle planeten in ons zonnestelsel is het vooral de aarde die, door de ‘juiste’ afstand tot de zon, veel water bevat. Op Venus is het (nu) simpelweg te heet voor water; de atmosfeer bestaat er voor 96% uit kooldioxide. Mars is zijn water grotendeels verloren vanwege de geringe zwaartekracht: deze is te zwak om de watermoleculen vast te houden. De buitenplaneten bevatten intern wel water, maar aan het oppervlak is het nauwelijks aanwezig. De watercyclus (de kringloop van water via verdamping en regenval) en de aanwezigheid van grote oceanen is uniek voor onze ‘blauwe’ planeet.
2000 kometen!
Je zou verwachten dat de oorsprong van aards water wel volledig bekend is. Maar dat is niet het geval. Er zijn verschillende theorieën over, waarvan één de oorsprong zelfs zoekt bij kometen. Berekeningen laten zien dat er wel heel erg veel kometen op aarde moeten zijn ingeslagen om tot de huidige waterhoeveelheid te komen: omgerekend zouden dat 2000 kometen met een doorsnede van 100 km geweest moeten zijn!
Onmisbare blauwalgen
Aangenomen wordt dat sinds het ontstaan van de aarde, rond de 4,5 miljard jaar geleden, de hoeveelheid water op aarde constant is gebleven. Mede dankzij de grote hoeveelheden zuurstof die werden geproduceerd door de cyanobacteriën, in de oeroceanen, werd het vrije waterstof, dat anders uit de atmosfeer ontsnapt zou zijn, gebonden. Aan deze blauwalgen hebben we overigens ook de ozonlaag te danken, die het landleven beschermt tegen UV-straling.
Continentbeweging
Die oeroceaan moet de aarde grotendeels bedekt hebben, want er waren nog geen continenten. Door plaattektoniek was de ligging van de continenten in de loop van de geologische tijd steeds anders; continenten op de polen betekende ijskappen, wat weer een lagere zeespiegel tot gevolg had. De verdeling van water op onze planeet was dus sterk afhankelijk van de continentbewegingen.
Kristalwater
Dat water ín de aardkorst en -mantel een belangrijke rol speelt, is inmiddels wetenschappelijk begrepen. Water is een belangrijk molecuul dat deel uitmaakt van het kristalrooster van de silicaten (silicium is, samen met zuurstof, het belangrijkste element van de vaste aarde). H2O kan als neutraal molecuul in het kristal zijn ‘ingebouwd’, of komt voor als negatief geladen OH (hydroxylgroep).
Schematische afbeelding van een subductiezone.
www.kijkeensomlaag.nlOok kan water als ‘kristalwater’ aanwezig zijn in de poriën van gesteente (fluid inclusions) maar in dat geval maakt het geen deel uit van het kristalrooster.
Geen water, geen continenten
Water is niet alleen een veelvoorkomend bestanddeel van gesteenten (in sommige mineralen is water zelfs tot 14 gewichtsprocent aanwezig), het blijkt ook onmisbaar voor het subductieproces, waarbij – bij Midoceanische Ruggen – nieuwe aardkorst wordt gevormd en de oude korst in de diepte van de subductiezone verdwijnt. Water speelt een rol bij het ontstaan van magma op grote diepte en het naar boven komen van het magma. Ook maakt het vulkanen explosief.
Interdisciplinaire aanpak
De tien in de WaterSpecial samengebrachte artikelen gaan ook nog in op het (nog grotendeels onverklaarde) ontstaan van leven in de oceanen en het verleden, de huidige staat en de toekomst van de ijskappen – ook zeer actueel vanwege de recente publicatie van het IPCC-rapport (Climate Change 2013: The Physical Science Basis). Ook komt een vrij onbekend fenomeen aan bod: het voorkomen van zandgolven oftewel onderzeese ‘duinen’ in rivieren en zeeën.
Deze WaterSpecial is weliswaar een themanummer van een tijdschrift, maar leest als een (informatief) boek. Voorheen waren aardwetenschappers vaak op hun eigen ‘kenniseilandje’ actief, maar een interdisciplinaire aanpak wordt steeds populairder. Zo’n holistische benadering, waar ook hiér voor is gekozen, maakt de aardwetenschappen nog interessanter!
Met een dieptemeting van rivier of zee d.m.v. een padloder (multibeam) kan de bodem nauwkeurig in kaart gebracht worden. Deze methode wordt gebruikt voor het bestuderen van de beweging van rivier- en zeeduinen.
NIWA/Erica MackayBronnen en meer lezen:
WaterSpecial – 10 artikelen over de rol van water in de geologie. De WaterSpecial is een themanummer van Grondboor & Hamer, nummer 4/5 – 2013. Grondboor & Hamer is het tweemaandelijkse tijdschrift van de Nederlandse Geologische Vereniging.