science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe kwam de aarde aan zijn water? Asteroïde-monster geeft een verrassend antwoord

Asteroïden die bekend staan ​​als 'S-type' bevatten veel meer water dan we dachten. Krediet:Oliver Denker/Shuttestock

Water is essentieel voor het leven op aarde en is een van onze meest waardevolle natuurlijke hulpbronnen. Maar als je bedenkt hoe onze planeet is ontstaan, het is nogal verrassend hoeveel water we nog hebben. De aarde verzamelde zich uit een wolk van gas en stof - een protoplanetaire schijf - en was de eerste paar miljoen jaar gloeiend heet. Het oppervlak werd gesmolten gehouden door inslagen van kometen en asteroïden. Het binnenste van de aarde werd ook (en wordt nog steeds) vloeibaar gehouden door een combinatie van zwaartekrachtverwarming en het verval van radioactieve isotopen.

Dat betekent dat als er aanvankelijk water (en organische verbindingen) op aarde waren, het had snel moeten afkoken. Dus hoe komt het dat er tegenwoordig veel water op onze planeet is - waar komt het eigenlijk vandaan? Een verrassende nieuwe studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , suggereert dat een type asteroïde waarvan we dachten dat er niet veel water in zat verantwoordelijk zou kunnen zijn - en tegelijkertijd aantonen dat het zonnestelsel waarschijnlijk een stuk natter is dan eerder werd gedacht.

Wetenschappers hebben lang gedebatteerd waar het water van de aarde precies vandaan komt. Eén theorie suggereert dat het misschien is gevangen van de asteroïden en kometen die ermee in botsing kwamen. Een ander betoogt dat water altijd aanwezig was in de rotsen van de aardmantel en geleidelijk door vulkanen naar de oppervlakte werd vrijgegeven.

Dankzij de Japanse Hayabusa-missie hebben we nu nieuw bewijs. Het ruimtevaartuig bracht in 2010 een kostbare lading korrels terug die van het oppervlak van asteroïde 25143 Itokawa waren gehaald. De onderzoekers achter de nieuwe studie waren in staat om het watergehalte van twee korrels te analyseren. Ze gebruikten een geavanceerde kit, een ionenmicrosonde genaamd, die een monster bombardeert met een bundel ionen (geladen atomen) om de samenstelling van het oppervlak te onderzoeken.

Het experiment was niet gemakkelijk - de korrels zijn klein, minder dan 40 micron (een miljoenste van een meter) breed, en elke korrel bestond uit verschillende mineralen. De ionenmicrosonde moest worden gericht op één specifiek mineraal in elke korrel, zodat de auteurs de vereiste gegevens konden verzamelen. De soort mineraal die ze analyseerden was een ijzer- en magnesiumhoudend silicaat dat bekend staat als een pyroxeen, die bijna geheel vrij is van calcium.

itokawa. Krediet:NASA/JPL

Dit type stof wordt meestal niet geassocieerd met water - inderdaad, het wordt beschouwd als een nominaal watervrij mineraal (NAM). Het rooster van een pyroxeenkristal bevat geen lege plaatsen voor watermoleculen op dezelfde manier dat, bijvoorbeeld, een kleimineraal doet dat - dus de structuur ervan is niet noodzakelijk bevorderlijk voor het opnemen van water. Echter, de gevoeligheid van de techniek die de auteurs gebruikten was zodanig dat ze kleine hoeveelheden water konden detecteren en meten.

De resultaten waren verrassend:de korrels bevatten tot 1, 000 delen per miljoen water. De samenstelling van Itokawa kennende, de onderzoekers konden dan het watergehalte van de hele asteroïde schatten, wat zich vertaalde in tussen 160 en 510 delen per miljoen water. Dit is meer dan was verwacht - metingen op afstand van twee vergelijkbare lichamen (ook S-type asteroïden) toonden aan dat één 30 en de andere 300 delen per miljoen water bevatte.

Onwaarschijnlijke bron

Water wordt gemaakt van waterstof en zuurstof. Maar die elementen komen voor als verschillende isotopen - wat betekent dat ze een ander aantal neutronen in hun atoomkern kunnen hebben (neutronen zijn deeltjes die samen met protonen de kern vormen). De onderzoekers keken naar de waterstofisotopensamenstelling van het water en ontdekten dat het heel dicht bij die van de aarde lag, wat suggereert dat het water op aarde dezelfde bron heeft als dat van de Hayabusa-korrels.

De resultaten roepen een aantal interessante vragen op, de eerste daarvan is hoe er zoveel water in nominaal watervrije mineralen terechtkwam? De auteurs suggereren dat, tijdens hun vorming, de korrels namen waterstof op van de protoplanetaire schijf, die, bij de hoge temperaturen en drukken van de zonnenevel, gecombineerd met zuurstof in de mineralen om water te produceren.

Oorspronkelijke morfologie van de twee bestudeerde Itokawa-deeltjes. Krediet:Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), bewerkt door Z. Jin

Tot dusver, zo redelijk. Maar hoe kan het dat het water in de mineralen is gebleven? Ze kwamen tenslotte van een S-type asteroïde - een die zich vormt in het binnenste en hetere deel van het zonnestelsel. Itokawa heeft een complexe geschiedenis van thermische metamorfose en botsingen, temperaturen tot wel 900°C bereiken. Maar de onderzoekers gebruikten computermodellen om te voorspellen hoeveel water er verloren zou gaan bij deze processen – en dat bleek minder dan 10% van het totaal te zijn.

Het water van de aarde

Maar hoe verhoudt dit alles zich tot het water van de aarde? De onderzoekers speculeren dat na de opname van water door de korrels van de protoplanetaire schijf, de mineralen aggregeerden en plakten aan elkaar om kiezels te vormen en uiteindelijk grotere lichamen zoals asteroïden.

Als dit mechanisme werkte voor asteroïden, het zou ook kunnen gelden voor de aarde - misschien kwam het oorspronkelijke water van deze mineralen die samenkwamen om de aarde te helpen vormen. Terwijl water toen verloren ging tijdens de vroege geschiedenis van de aarde, het werd opnieuw toegevoegd tijdens botsingen door de talrijke S-type asteroïden - zoals geïmpliceerd door de gelijkenis in waterstofisotopensamenstelling tussen de aarde en Itokawa.

Deze frisse kijk op een oud probleem - de oorsprong van het water van de aarde - heeft tot een verrassende conclusie geleid, een die suggereert dat een grote populatie van asteroïden in het binnenste zonnestelsel veel meer water zou kunnen bevatten dan was gerealiseerd.

Dus terwijl er overal water is in het zonnestelsel, het feit dat het in mineralen is verborgen, betekent dat er niet altijd een druppel te drinken is.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.