Nieuwe inzichten suggereren dat de maan grotendeels is ontstaan uit materiaal van de aardmantel, terwijl de bijdrage van de protoplaneet Theia verrassend klein blijkt te zijn.
Hoe is toch de maan ontstaan? Het is een mysterie dat wetenschappers al meer dan een eeuw bezighoudt. Nu komen onderzoekers met een nieuwe studie die onze bestaande ideeën volledig op zijn kop zet.
Gangbare theorie
Veel astronomen geloven dat zo’n 4,4 miljard jaar geleden – zo’n 150 miljoen jaar na de geboorte van ons zonnestelsel – een planeet ter grootte van Mars, Theia, met de jonge aarde botste. Dit was een zeer gewelddadige ontmoeting, waarbij materiaal dat door die botsing los gesjord werd, de basis voor de maan zou vormen.
Beperkingen
Maar deze hypothese heeft zijn beperkingen: zo is er bijvoorbeeld geen spoor van Theia te vinden. Bovendien wijst onderzoek uit dat de maan qua samenstelling bijna identiek is aan de aarde. En dat is vreemd. Computersimulaties gaven aan dat, als de gangbare theorie klopt, de maan voornamelijk uit materiaal van de inslaande planeet zou moeten bestaan. Waarom dat niet het geval is? Om dat te verklaren, moeten onderzoekers zich in allerlei bochten wringen. Bovendien kan de Theia-hypothese alleen kloppen onder heel specifieke omstandigheden: de aarde en Theia zouden met een bepaalde snelheid moeten botsen, onder een specifieke hoek, en Theia zou ook een precies formaat moeten hebben gehad. Kortom, een hypothese met de nodige haken en ogen.
Aardmantel
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Göttingen en het Max Planck Instituut voor Onderzoek aan het Zonnestelsel (MPS) heeft nu een nieuw puzzelstukje gevonden in het raadsel van de vorming van de maan. Nieuwe metingen suggereren namelijk dat de maan is ontstaan uit materiaal dat uit de aardmantel werd geslingerd, met slechts een minimale bijdrage van Theia.
Studie
De onderzoekers komen tot deze conclusie na analyse van zuurstofisotopen in 14 maanmonsters. Ook voerden ze 191 metingen uit op aardmineralen. Isotopen zijn varianten van hetzelfde element die alleen in het gewicht van hun kern verschillen. Het team gebruikte een geavanceerde versie van de ‘laserfluorinatiemethode’, waarbij zuurstof uit gesteente wordt vrijgemaakt door een laserstraal. De nieuwe metingen tonen een opvallende gelijkenis tussen de zuurstof-17 (17O) isotopen van de aarde en de maan. Deze isotopische overeenkomst is een langdurig mysterie in de kosmochemie, waardoor de term ‘isotoopcrisis’ is bedacht.
Vorming van de maan
Al met al werpen de onderzoekers uit Göttingen een nieuw licht op de vorming van de maan. “Een mogelijke verklaring is dat Theia zijn rotsachtige mantel verloor bij eerdere botsingen en daarna als een metalen projectiel op de vroege aarde insloeg”, legt onderzoeker Andreas Pack, directeur van het Geowetenschappelijk Centrum van de Universiteit van Göttingen en hoofd van de afdeling Geochemie en Isotoopgeologie, uit. “Als dat klopt, zou Theia nu deel uitmaken van de aardkern, terwijl de maan gevormd zou zijn uit materiaal dat uit de aardmantel werd geslingerd. Dit zou de opmerkelijke gelijkenis in samenstelling tussen aarde en maan verklaren.”
Water
De verkregen gegevens werpen ook nieuw licht op de oorsprong van water op aarde. Volgens een gangbare theorie bereikte water pas na de vorming van de maan de aarde, via een reeks inslagen die het ‘Late Veneer Event’ worden genoemd. Omdat de aarde veel vaker werd getroffen door deze inslagen dan de maan, zou er een meetbaar verschil in zuurstofisotopen moeten zijn, afhankelijk van de herkomst van het inslaande materiaal. “Aangezien de nieuwe gegevens aantonen dat dit niet het geval is, kunnen veel meteorietsoorten als oorzaak van het ‘late veneer’ worden uitgesloten”, betoogt eerste auteur Meike Fischer.
Enstatiet-chondrieten
De nieuwe bevindingen ondersteunen het idee dat water al vroeg in de ontwikkeling van de aarde aanwezig was en mogelijk niet pas door latere inslagen is toegevoegd. De onderzoekers vermoeden dat het water afkomstig is van zogenaamde enstatiet-chondrieten. “Onze gegevens passen bijzonder goed bij deze groep meteorieten,” vertelt Fischer. “Deze zijn isotopisch vergelijkbaar met de aarde en bevatten genoeg water om volledig verantwoordelijk te zijn voor het water op aarde.”
Al met al werpen deze resultaten niet alleen nieuw licht op de vorming van de maan, maar ook op de oorsprong en vroege aanwezigheid van water op onze planeet. De bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences.