In Canada hebben wetenschappers overblijfselen gevonden van de oudste aardkorst ter wereld. Het gesteente is naar schatting 4,16 miljard jaar oud en biedt zo een uniek inkijkje in het mysterieuze begin van onze planeet.
Het stukje aardkorst is aangetroffen in een deel van de Nuvvuagittuq Greenstone Belt (NGB) in Noordoost-Canada. Al langer is bekend dat daar extreem oud gesteente ligt. Nu is met een nieuwe dateringsmethode vastgesteld dat het gesteente nóg veel ouder is dan gedacht. Het stamt uit het Hadeïcum, oftewel het eerste geologische tijdperk in de geschiedenis van de aarde. Het beslaat de eerste 500 miljoen jaar na het ontstaan van onze planeet, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden. Omdat vrijwel alle gesteente uit die tijd door tektonische processen is vernietigd of veranderd, is deze periode grotendeels een blinde vlek gebleven in de geologische wetenschap.
Eeuwenoude puzzel
Geweldig dus om daar meer over te weten te komen, moet ook professor Jonathan O’Neil van de University of Ottawa gedacht hebben. Al tijdens zijn studie kreeg hij interesse in de NGB. “Ik was mijn master aan het afronden toen sommige gesteenten uit de Nuvvuagittuq Belt op een leeftijd van 3,8 miljard jaar werden gedateerd. Dit was bijna 1 miljard jaar ouder dan de meeste gesteenten uit het gebied.”
Dit enorme verschil wakkerde zijn nieuwsgierigheid aan. “Als student was ik altijd gefascineerd door de vraag wat de oudste aardkorst op aarde was en ik kreeg nooit een bevredigend antwoord, omdat er nog steeds veel onbekend is. Dit komt grotendeels doordat er maar heel weinig gebieden ouder zijn dan 3,5 tot 3,6 miljard jaar die bewaard zijn gebleven. Aangezien de aarde bijna 4,6 miljard jaar oud is, blijven er 1 miljard jaar aan vragen over met betrekking tot de aardkorst…”
Geavanceerde dateringstechnieken
Om de leeftijd van het gesteente te bepalen, richtten de onderzoekers zich op metagabbro’s – oude stollingsgesteenten – binnen de NGB. Omdat het gesteente geen zirkonen bevat (een mineraal dat doorgaans wordt gebruikt voor de betrouwbare uranium-looddatering), moesten ze alternatieve methoden bedenken. “De uranium-loodtechniek in een specifiek mineraal, zirkoon, is de gouden standaard voor het dateren van oude gesteenten”, legt O’Neil uit. “Het probleem met de Nuvvuagittuq Belt is dat de meeste gesteenten niet de juiste samenstelling hebben om zirkoon te bevatten en dus is deze techniek niet toepasbaar op de oudste gesteenten van de NGB.”
Metagabbro is een metamorf gesteente dat ontstaat wanneer gabbro, een dieptegesteente, wordt blootgesteld aan hoge druk en temperaturen, waardoor de minerale samenstelling verandert.
De oplossing kwam in de vorm van de samarium-neodymium-isotopenanalyse, die uitgevoerd kan worden op het hele gesteente. “In onze studie gebruikten we twee verschillende ‘klokken’ van het samarium-neodymiumsysteem: één klok is traag en tikt vandaag de dag nog steeds, de andere klok is veel sneller en stopte toen alle radioactieve isotopen volledig vervielen, wat ongeveer 4 miljard jaar geleden gebeurde”, vertelt de wetenschapper.
De cruciale ontdekking: beide klokken leverden voor de onderzochte metagabbro’s exact dezelfde leeftijd op: 4,16 miljard jaar. Dit maakt het tot de oudste betrouwbaar gedateerde rotsformaties op aarde.
Reactie op scepsis
Er is al langer controverse over de leeftijd van het gesteente in de NGB. Sommigen betwijfelen of het echt uit het Hadeïcum stamt. Maar volgens O’Neil levert de nieuwe studie overtuigend bewijs. “De belangrijkste reden voor de twijfel over de leeftijd van de NGB is dat de datum niet werd verkregen met de gouden standaard van de uranium-loodtechniek in zirkoon, maar met een klok die alleen gesteenten ouder dan 4 miljard jaar kan dateren, en die daarom nog nooit eerder op aardgesteenten is toegepast.”
Die scepsis werd gevoed door eerdere inconsistenties. “De andere reden was dat beide samarium-neodymiumklokken verschillende leeftijden gaven voor de vulkanische gesteenten die in 2008 werden gedateerd, één op 4,3 miljard jaar en de andere tussen 3,2 en 3,8 miljard jaar afhankelijk van het gesteente. Onze verklaring hiervoor was dat de tragere klok, omdat die vandaag de dag nog actief is, veel post-kristallisatiegebeurtenissen kan registreren en gemakkelijker kan worden gereset naar een jongere leeftijd. De nieuwe studie pakt dit aan, omdat voor deze nieuw gedateerde gesteenten beide klokken exact dezelfde leeftijd geven.”
Een zeldzaam overblijfsel van de oer-aarde
Waarom is het zo uitzonderlijk dat deze oude gesteenten nog bestaan? “De aarde is tektonisch actief en heel goed in het recyclen of omsmelten van haar eigen korst, waardoor het moeilijk is om heel oude aardkorst en gesteenten te behouden.” Bovendien vermoedt de onderzoeker dat de Hadeïsche korst overwegend basaltisch van samenstelling was – vergelijkbaar met de huidige oceaankorst – en dus sneller werd vernietigd dan de granitische korst, die pas later meer dominant werd.
Waarom dit kleine stukje dan wél bewaard is gebleven? “Dat is onduidelijk, maar ik verwacht dat er waarschijnlijk nog andere kleine overblijfselen zijn. We moeten ze echter maar zien te vinden en ze zijn moeilijk te dateren.”
Het ontstaan van leven
De onderzochte metagabbro’s geven zelf niet direct informatie over het ontstaan van leven, maar ze zijn onderdeel van een bredere geologische context. “De metagabbro’s die hier zijn bestudeerd zijn magmatische gesteenten en kunnen ons niet echt veel vertellen over leven. Ze helpen echter om de ouderdom vast te stellen van de Nuvvuagittuq Belt, die ook gesteenten bevat die zijn gevormd door neerslag van zeewater uit een vroege oceaan. Deze andere gesteenten kunnen helpen om de samenstelling van de vroege oceanen, temperatuur, enzovoorts beter te begrijpen en zijn ook ideaal om bewijs van vroeg leven te zoeken”, besluit O’Neil
