Ooit knalde er een gigantisch object recht op de jonge Aarde. Het grootste stuk dat afbrak, vormde onze maan. Maar wanneer dat exact gebeurde, bleef lange tijd ietwat een mysterie. Nieuw onderzoek werpt licht op de zaak: de maan bestaat 40 miljoen jaar langer dan gedacht.
Dat is de conclusie na onderzoek naar de kristallen die Apollo-astronauten in 1972 mee terugbrachten van de maan. Het betekent dat de maan minstens 4,46 miljard jaar oud is. “Deze kristallen zijn de oudste bekende vaste stoffen die zijn gevormd na de enorme inslag. En omdat we weten hoe oud deze kristallen zijn, dienen ze als een anker voor de tijdlijn van de maan”, zegt Philipp Heck, professor aan de University of Chicago.
Afgekoelde magma-oceaan
Toen het object, zo groot als Mars, op de Aarde knalde en de maan vormde, smolt door de energie van de impact het gesteente dat uiteindelijk het maanoppervlak zou vormen. “Toen het oppervlak zo gesmolten was, konden zirkonenkristallen niet ontstaan of overleven. Dus alle kristallen op het maanoppervlak moeten zijn ontstaan nadat deze magma-oceaan op de maan was afgekoeld”, legt Heck uit. “Anders zouden ze zijn gesmolten en was hun chemische signatuur vernietigd.”
Aangezien de kristallen pas zijn ontstaan nadat het magma was afgekoeld, onthult de leeftijd van de zirkonenkristallen de minimumleeftijd van de maan. Eerder al is daar een schatting van gemaakt, maar deze nieuwe studie maakt voor het eerst gebruik van een analysemethode, die atoomsonde-tomografie wordt genoemd en veel exacter kan vaststellen hoe oud de maankristallen zijn.
Een heel bijzondere puntenslijper
“Bij atoomsonde-tomografie beginnen we met het aanscherpen van een stukje maanstof tot een heel scherpe punt ontstaat. Daarvoor gebruiken we een gefocuste ionenmicroscoop, een soort heel moderne puntenslijper”, legt onderzoeker Jennika Greer uit. “Daarna gebruikten we uv-lasers om atomen te laten verdampen van het oppervlak van die punt. De atomen bewegen vervolgens door een massaspectrometer en hoe snel dat gebeurt, zegt ons hoe zwaar ze zijn, wat ons weer vertelt waar ze van zijn gemaakt.”
Zo wordt atoom voor atoom bekeken, waardoor duidelijk wordt hoeveel atomen in de zirkonen radioactief verval hebben doorgemaakt. Als atomen namelijk in hun kern een instabiele configuratie hebben van protonen en neutronen, ontstaat er verval. Ze verliezen dan een aantal van deze protonen en neutronen en transformeren in verschillende elementen. Zo breekt uranium bijvoorbeeld af tot lood. Wetenschappers hebben uitgezocht hoe lang dit proces duurt. Vervolgens kunnen ze aan de hand van het aandeel uranium en lood-atomen (isotopen) in een monster bepalen hoe oud het is.
Net een zandloper
“Radiometrische datering werkt een beetje zoals een zandloper”, zegt Heck. “In een zandloper stroomt zand van het ene glas naar het andere. Hoeveel tijd er is verstreken wordt duidelijk uit de hoeveelheid zand in de onderste glazen cilinder. Radiometrische datering werkt net zo, alleen tel je dan het aantal moederatomen en het aantal dochteratomen waarin ze zijn getransformeerd. De hoeveelheid tijd kan dan worden berekend, omdat de transformatiesnelheid bekend is.”
En zo konden de onderzoekers uiteindelijk achterhalen hoe oud de maan is. Het aandeel lood-isotopen wees uit dat het maanstof zo’n 4,46 miljard jaar oud was. De maan zelf is dus minstens net zo oud. En dat is 40 miljoen jaar ouder dan gedacht. “Het is geweldig dat we hebben kunnen aantonen dat dit het oudste stukje maan is dat we tot nu toe hebben gevonden. Het is een ankerpunt voor zoveel vragen over de Aarde. Als je weet hoe oud iets is, kun je veel beter inschatten wat er is gebeurd in de geschiedenis”, vertelt Greer.
24 uur in een dag
Het is sowieso belangrijk om te weten wanneer de maan is ontstaan, zegt Heck, omdat “de maan een belangrijke partner is in ons planetenstelsel. Hij stabiliseert de rotatie-as van de Aarde. Het is de reden dat er 24 uur in een dag zitten, het is de reden dat we getijden hebben. Zonder de maan zou het leven op Aarde er anders uitzien. Hij vormt een deel van ons natuurlijke systeem dat we beter willen begrijpen en onze studie levert weer een klein puzzelstukje in het hele plaatje.”