Wetenschappers van de Universiteit van Oxford hebben nieuw licht geworpen op hoe de aarde voor het eerst werd gevormd.

Gebaseerd op waarnemingen van nieuw gevormde sterren, wetenschappers weten dat het zonnestelsel begon als een schijf van stof en gas rond de centraal groeiende zon. Het gas condenseerde tot vaste stoffen die zich ophoopten in grotere rotsachtige lichamen zoals asteroïden en miniplaneten. Over een periode van 100 miljoen jaar kwamen deze miniplaneten met elkaar in botsing en verzamelden zich geleidelijk in de planeten die we vandaag zien, inclusief de aarde.

Hoewel algemeen wordt aangenomen dat de aarde geleidelijk is ontstaan, van veel kleinere lichamen, veel van de processen die betrokken zijn bij het vormgeven van onze groeiende planeet zijn minder duidelijk. In een nieuwe studie op de omslag van de nieuwste editie van Natuur , onderzoekers van de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Oxford ontwarren sommige van deze processen, onthullend dat de miniplaneten die aan de aarde zijn toegevoegd, eerder waren gesmolten en verdampt. Ze pakken ook een ander wetenschappelijk raadsel aan:de uitputting van de aarde in veel economisch belangrijke chemische elementen.

Het is algemeen bekend dat de aarde sterk is uitgeput, ten opzichte van het zonnestelsel als geheel, in die elementen die condenseerden uit de vroege gasschijf bij temperaturen lager dan 1000°C (bijvoorbeeld leiding, zink, koper, zilver, bismut, en blik). De conventionele verklaring is dat de aarde groeide zonder deze vluchtige elementen en dat er later kleine hoeveelheden van een asteroïde-achtig lichaam werden toegevoegd. Dit idee kan niet, echter, verklaren de "over overvloed" van verschillende andere elementen - met name, indium, die nu wordt gebruikt in halfgeleidertechnologieën, evenals tv- en computerschermen.

Postdoctorale student Ashley Norris en Bernard Wood, Hoogleraar mineralogie aan de afdeling Aardwetenschappen van Oxford, uiteengezet om de redenen achter het patroon van uitputting van deze vluchtige elementen op aarde en voor de "overvloed" van indium bloot te leggen. Ze bouwden een oven waarin ze de temperatuur en atmosfeer regelden om de lage oxidatietoestand van de zeer vroege aarde en planetesimalen te simuleren. In een bepaalde reeks experimenten smolten ze rotsen bij 1300°C in zuurstofarme omstandigheden en bepaalden ze hoe de verschillende vluchtige elementen uit de gesmolten lava werden verdampt.

Tijdens de experimenten verdampte elk van de van belang zijnde elementen in verschillende hoeveelheden. De lavamonsters werden vervolgens snel afgekoeld en de patronen van elementverlies werden bepaald door chemische analyse. Uit de analyses bleek dat de relatieve verliezen (vluchtigheid) gemeten in de gesmolten lava-experimenten zeer goed overeenkomen met het patroon van uitputting dat in de aarde wordt waargenomen. Vooral, indiumvluchtigheid komt precies overeen met de waargenomen overvloed in de aarde - de overvloed, blijkt geen anomalie te zijn.

Professor Bernard Wood zei:'Onze experimenten geven aan dat het patroon van uitputting van vluchtige elementen in de aarde werd vastgesteld door een reactie tussen gesmolten gesteente en een zuurstofarme atmosfeer. Deze reacties kunnen zijn opgetreden op de vroeg gevormde planetesimalen die op de aarde zijn geaccelereerd of mogelijk tijdens de gigantische inslag die de maan heeft gevormd en waarvan wordt aangenomen dat deze op grote schaal heeft geleid tot het smelten van onze planeet.'

Nadat ze hun oorspronkelijke experimenten hadden gericht op 13 sleutelelementen, het team is aan het kijken hoe andere elementen, zoals chloor en jodium, gedragen onder dezelfde omstandigheden.

Ashley Norris zei:'Ons werk laat zien dat de interpretatie van vluchtige uitputtingspatronen in de terrestrische planeten zich moet concentreren op experimentele meting van elementvolatiliteiten.'