Een nieuwe studie van een zeldzame basaltische meteoriet genaamd angrites suggereert dat vluchtige, dat zijn elementen met relatief lage kookpunten zoals water, tijdens de eerste twee miljoen jaar van het zonnestelsel door meteorieten naar onze planeet kunnen zijn gebracht.

Omdat elementen zoals water en koolstof essentiële ingrediënten zijn voor het leven op aarde, onderzoekers willen graag weten wanneer ze op onze planeet zijn aangekomen.

"We kijken nu naar zoveel mogelijk meteorietenouderlichamen om erachter te komen waar ze waren in het vroege zonnestelsel en hoeveel water ze hadden, " zegt Adam Sarafian, een recent doctoraat in de afdeling Aarde, Sfeervol, en planetaire wetenschap aan het Massachusetts Institute of Technology. "We proberen een kaart te maken van het zeer vroege binnenste zonnestelsel. Waar was het water, waar ging het heen en waar kwam het vandaan?"

Sarafian is de hoofdauteur van een paper waarin de bevindingen van de angrite-studie worden beschreven in het tijdschrift Geochimica en Cosmochimica Acta.

Het verhaal van water

Angrite-meteorieten vormden zich extreem vroeg in het binnenste zonnestelsel, ongeveer 4,56 miljard jaar geleden. Op dat punt, de aarde was waarschijnlijk nog maar 20 procent van zijn huidige omvang, terwijl Mars, die zich sneller vormden, was waarschijnlijk dicht bij zijn huidige omvang. Wetenschappers weten niet zeker hoe snel Mercurius en Venus werden gevormd.

Gedurende deze periode, het binnenste zonnestelsel was een hete en droge plaats. Protoplaneten en asteroïden hadden gesmolten oppervlakken en, wanneer in magma, zelfs een element als koolstof, met een kookpunt van 4, 800 graden Celsius (8672 graden Fahrenheit), wordt als vluchtig beschouwd. Het was daarom onduidelijk wanneer delicaat, laagkokende elementen zoals water kwamen aan boord, vooral omdat de waterstof die nodig is om watermoleculen te maken door de hoge temperaturen zou zijn weggekookt.

"Was waterstof in principe verstoken in deze rotsen en in het vroege binnenste zonnestelsel?" vroeg Sarafian.

Sarafian en zijn collega's maten een veel voorkomend mineraal in basaltische meteorieten, olivijn genoemd, voor de vluchtige elementen waterstof, koolstof, fluor en chloor. Aangezien basalt wordt gevormd tijdens het afkoelen van stollingsgesteente (gesmolten), het omzetten van het gehalte aan vluchtige elementen van olivijn vertaalt zich gemakkelijk naar de samenstelling van de basaltsmelt.

"Zodra we de samenstelling van de smelt kennen, we kunnen dan berekenen wat het watergehalte van een planetair lichaam was, ' zei Sarafian.

Het team ontdekte dat de moederasteroïde van angites waarschijnlijk ongeveer 20 procent van het huidige watergehalte van de aarde bevatte. Hoewel het percentage naar moderne termen laag is, deze hoeveelheid water in het vroege zonnestelsel geeft aan dat er 4,56 miljard jaar geleden vrij overvloedig water was, zelfs toen het binnenste zonnestelsel nog heet was. (Onderzoekers hebben nog niet de specifieke asteroïde geïdentificeerd die alle angrites heeft voortgebracht, maar de zoektocht is aan de gang.)

De oorsprong van het water op aarde

Verschillende waterbronnen in het zonnestelsel worden vaak vergeleken met het water van de aarde door de verhouding van de waterstofisotoop deuterium tot waterstof (D tot H) te meten. Hoewel deze specifieke studie die verhouding niet heeft gemeten, een studie die Sarafian eerder in 2017 in het tijdschrift publiceerde Filosofische transacties van de Royal Society A toonde aan dat het water van het boze moederlichaam perfect overeenkomt met de watersamenstelling van de aarde. Dit suggereert dat zowel het water in Angrites als het water van de vroege aarde uit dezelfde bron kwam.

"Het is een vrij eenvoudige veronderstelling om te zeggen dat het water van de aarde op zijn minst extreem vroeg begon aan te groeien naar de aarde, voordat de planeet zelfs volledig gevormd was, " zegt Sarafian. "Dit betekent dat wanneer de planeet voldoende afkoelde zodat vloeibaar water stabiel aan de oppervlakte kon zijn, er was hier al water."

Tegen de tijd dat de aarde 4,54 miljard jaar geleden volledig gevormd was, Mars had al een voorsprong van 20 miljoen jaar als een stabiele massa met water en andere vluchtige stoffen op het oppervlak, zoals koolstof, fluor, en chloor, voegt Sarafian toe. Ander onderzoek heeft overvloedig bewijs aangetoond van water op het oppervlak van Mars in het verre verleden, door kenmerken zoals oude rivierbeddingen en mineralen gevormd in water, zoals hematiet.

Het team van Sarafian schatte ook hoe groot het boze ouderlichaam was, gebruikmakend van het water- en koolstofgehalte in angrites. Water- en koolstofgehalte is drukafhankelijk, dus door de druk te schatten, konden de onderzoekers de grootte afleiden. De angrite asteroïde was waarschijnlijk ongeveer zo groot als de asteroïde Vesta, die ongeveer 525 kilometer (326 mijl) in diameter is. De aarde is ongeveer 25 keer groter in diameter dan Vesta.