Fragmenten van maansteen die door astronauten van de Apollo-ruimtemissies van het maanoppervlak zijn meegebracht, bieden nieuwe inzichten over waar het levengevende water van onze planeet vandaan kwam.

De volgende keer dat u een slok water neemt, neem even de tijd om te bedenken waar het vandaan komt. Het kan van een plaatselijk reservoir naar uw kraan zijn gereisd, terwijl flessenwater volledig uit bronnen in een ander land kan komen.

Maar nieuw onderzoek suggereert dat het water dat we drinken en waarvan we afhankelijk zijn om het leven hier op aarde in stand te houden, zijn oorsprong kan hebben in een veel verder verwijderde plaats - de ruimte.

Nieuwe analyse van maansteenfragmenten die in de jaren zestig en zeventig door Apollo-astronauten zijn meegebracht, suggereert dat veel van het water op onze planeet hierheen werd vervoerd door asteroïden en kometen die met de aarde in botsing kwamen kort nadat deze 4,54 miljard jaar geleden was gevormd.

Het onderzoek, die met moderne technieken kijkt naar de samenstelling van chemische sporen in de rotsen, levert ook nieuw bewijs ter ondersteuning van theorieën over hoe de maan zelf is gevormd en hoe de sporen van water op het oppervlak daar terecht zijn gekomen.

"De maan is als een tijdcapsule, " zei professor Frédéric Moynier, een kosmochemicus aan het Institut de Physique du Globe de Paris, In Frankrijk. "De rotsen zijn veel ouder dan alles wat we hier op aarde kunnen vinden, dus ze bevatten veel waardevolle informatie."

Ongewijzigd

Vulkanische activiteit en de continue beweging van tektonische platen hebben alle oudste rotsen hier op aarde vernietigd. De oudste die hier te vinden is, gevonden op een paar locaties zoals Groenland, zijn slechts 3,8 miljard jaar oud.

De rotsen van de maan, echter, zijn grotendeels onveranderd gebleven sinds het 4,51 miljard jaar geleden werd gevormd. Verborgen in de mineralen in de rotsen zijn kleine hoeveelheden chemicaliën zoals zink, potassium, koper, chroom en zelfs water, die vorig jaar ook werd aangetroffen in kleine bevroren afzettingen in meteorietinslagkraters op het maanoppervlak. Deze chemicaliën staan ​​bekend als vluchtige stoffen vanwege hun relatief lage kookpunt, wat betekent dat ze kunnen verdampen van het oppervlak van een planeet of van een maan.

Door te kijken naar de relatieve hoeveelheden van verschillende isotopen van deze vluchtige stoffen in maangesteenten, wetenschappers zoals prof. Moynier hebben informatie over de vroege geschiedenis van de maan verzameld en vergeleken met wat we hier op aarde vinden.

De verhoudingen van deze isotopen werken als een vingerafdruk die kan worden gebruikt om de bron van de materialen op aarde en de maan te matchen. Dr. Mahesh Anand, een lezer in planetaire wetenschap aan The Open University in het VK en leider van een project genaamd RESOLVE, heeft geavanceerde spectroscopietechnieken gebruikt om de vluchtige isotopen te bestuderen die gevangen zitten in kristallen van een mineraal genaamd apatiet in gesteenten dat is meegebracht door de Apollo-missies.

Hij en zijn collega's hebben deze vervolgens vergeleken met de isotopensamenstellingen van vluchtige stoffen hier op aarde, samen met die gevonden op asteroïden en kometen, die zijn verkregen uit meteorieten die op aarde zijn gevonden en interplanetaire ruimtemissies om kometen te bezoeken, zoals de recente Rosetta-missie van de European Space Agency.

Water

Drie jaar geleden, Dr. Anand maakte deel uit van een studie die aangaf dat 80-90% van het water op aarde en de maan afkomstig was van een asteroïde-achtige bron. "Minder dan 10% kwam van een komeetachtige bron, " hij zei.

Vorig jaar, hij en zijn team publiceerden verdere bevindingen op basis van zeer nauwkeurige analyse van de zuurstofisotopen die worden aangetroffen in rotsen op de aarde en de maan. Ze vonden slechts kleine verschillen tussen de isotopische eigenschappen van de twee lichamen.

"Als het water was aangekomen nadat de maan was gevormd, de twee zouden heel verschillende isotopische vingerafdrukken hebben gehad, "zei Dr. Anand. "Het suggereert dat de aarde en de maan tegelijkertijd water ontvingen."

Dit wijst op een prikkelend scenario - dat een klein lichaam als de maan dezelfde isotopensamenstelling heeft gekregen, suggereert dat het mogelijk deel uitmaakte van dezelfde planeet. Het ondersteunt theorieën dat een protoplaneet ter grootte van Mars, Theia genaamd, iets meer dan 4,54 miljard jaar geleden op de aarde neerstortte, een douche of damp en puin weggooien, die verdichtte om onze maan te vormen.

Als de aarde en de maan zich bij deze gigantische inslag zouden hebben gevormd nadat er al water was gearriveerd, zoals de bevindingen van Dr. Anand en andere teams nu suggereren, de maan had een deel van dat water moeten krijgen. Minuscule hoeveelheden zuurstof en waterstof gevangen in rotsen onder het oppervlak suggereren dat er ooit meer water op de maan was dan nu. Recente onbemande missies naar de maan hebben een paar overblijfselen van waterijs ontdekt die vastzitten in beschutte kraters rond de polen, maar een groot deel van het oppervlak van de maan is nu droog.

Dus waar is het water van de maan gebleven?

Dit is waar het werk van prof. Moynier van pas komt. Hij leidt een project genaamd PRISTINE dat tot doel heeft de isotopische niveaus van vluchtige stoffen in maangesteente te meten om te leren wat er met het water op de maan is gebeurd.

"Het verschil tussen de isotopen is het gewicht, aangezien de atomen verschillende aantallen neutronen in de kern hebben, " zei Prof. Moynier. "Als je vluchtige stoffen zoals zink opwarmt, kalium en water, de isotopen gedragen zich op verschillende manieren. De lichtere zullen sneller verdampen, terwijl de zwaardere achterblijven in het residu."

Volmachten

Door te kijken naar de verhouding tussen zware en lichte isotopen in meer dan 40 Apollo-steenmonsters, Prof. Moynier en zijn team hebben een deel van de geschiedenis van water en andere vluchtige stoffen op de maan samengebracht.

Ze hebben zich gericht op vaste vluchtige stoffen zoals zink en kalium, omdat er relatief hogere concentraties van zijn in maangesteenten dan in water.

"Water is zo vluchtig dat er maar heel weinig van is in maangesteenten, waardoor het moeilijk te detecteren is in de kleine steekproeven waarmee we te maken hebben, " legt prof. Moynier uit. "Dus we kunnen andere vluchtige stoffen gebruiken, zoals zink, kalium en koper als proxy's die ons iets kunnen vertellen over wat er met het water is gebeurd. Toch, er is 100 keer minder zink in maangesteenten dan die op aarde."

Prof. Moynier en zijn collega's ontdekten dat naast veel minder chroom, zink en andere vaste vluchtige stoffen, de sporen van de maan hadden verschillende isotopenverhoudingen in vergelijking met de aarde - die van hen hadden veel zwaardere isotopen.

"Het suggereert dat de maan op een gegeven moment uitgeput raakte in deze vluchtige elementen door verdamping, " hij zei.

Hij gelooft dat in plaats van verloren te gaan in de gigantische inslag die de maan in de eerste plaats van de aarde spleet, het kan zijn water en andere vluchtige stoffen enige tijd later hebben verloren.

Men denkt dat nadat de maan zich begon te vormen na de gigantische inslag, het oppervlak bleef enkele miljoenen jaren gesmolten. Men denkt dat deze magma-oceaan leidde tot de kenmerkende lichte en donkere gebieden, of merrie, die zichtbaar zijn op het maanoppervlak.

"Omdat de isotopenverdeling afhankelijk is van de temperatuur, we kunnen het als een thermometer gebruiken om ons te vertellen wat er is gebeurd, " zei prof. Moynier. Hij en zijn team hebben chroomisotopen gebruikt om wat ze in de maanmonsters zagen op temperatuur te kalibreren.

Ze ontdekten dat de vluchtige stoffen niet verloren gingen bij de extreem hoge temperaturen die zouden worden verwacht bij een gebeurtenis als een gigantische impact, maar bij lagere temperaturen van 1, 200 graden C.

Zwaartekracht

"Dit is precies wat de temperatuur van de magma-oceaan van de maan zou moeten zijn, " zei Prof. Moynier. "Wat we zien is dat de maan zijn vluchtige stoffen verloor, niet tijdens de gigantische impact zelf, maar misschien een miljoen jaar later.

"Ze verdampten, maar door de zwaartekracht van de aarde, ze vielen toen waarschijnlijk terug op de aarde. Dus een deel van ons water en andere vluchtige stoffen zijn afkomstig van de maan. Niet veel, maar sommige."

Maar daar eindigt het verhaal ook niet helemaal. Dr. Anand en zijn collega Dr. Ana Černok, een geochemicus aan de Open Universiteit, hebben het effect bestudeerd van meteoroïde-inslagen op de isotopensamenstellingen van vluchtige stoffen in maangesteenten.

Verzameld op verschillende locaties tijdens NASA's Apollo 17 bemande missie naar de maan in 1972, de monsters bestaan ​​uit oppervlaktegesteenten, kernen geboord onder het oppervlak, en materiaal uit inslagkraters.

De twee hebben kunnen zoeken naar tekenen van schok in de apatietkristallen die zouden zijn veroorzaakt door meteoroïde-inslagen. Ze ontdekten dat hoewel sommige monsters significante tekenen van shock vertonen, de isotopensamenstellingen blijven grotendeels onaangetast.

Dit suggereert dat de vluchtige stoffen zoals water die in deze kristallen zijn opgesloten, niet zijn veranderd ondanks bombardementen van meteorieten op de maan. Andere stoffen zoals uranium die samen met het water in de apatietkristallen zijn opgesloten, hebben ze ook in staat gesteld om te dateren toen ze zich vormden.

De resultaten moeten nog worden gepubliceerd, maar Dr. Anand zegt dat ze leeftijden vinden die nog nooit zijn vastgelegd in maanmonsters.

"We proberen het zelf nog uit te zoeken, maar het lijkt te wijzen op een unieke gebeurtenis in de geologische geschiedenis van het aarde-maansysteem."