Bijna 70% van het oppervlak van onze planeet aarde is bedekt met water. We zitten in ons zonnestelsel op precies de juiste afstand van de zon om dit vloeibare water te laten bestaan. Nog verder en dat water zou bevroren zijn in ijs. Nog verder weg en de temperatuur zou te heet worden en we zouden het risico lopen op een op hol geslagen broeikaseffect, vergelijkbaar met wat er gebeurt op het verzengende oppervlak van Venus. Onze niet te koude, niet te warme positie in de zogenaamde “Goudlokje-zone” is een goede zaak, want water is natuurlijk noodzakelijk voor leven.
Maar hoe komt dat water hier? Water is kenmerkend voor onze planeet en speelt zo’n belangrijke rol in ons dagelijks leven. Begrijpen hoe water op aarde is gekomen is een belangrijk onderdeel van het begrijpen hoe en wanneer het leven hier ook is geëvolueerd. Maar we weten niet eens waar het vandaan kwam. Wetenschappers doen nog steeds actief onderzoek naar de vraag hoe onze planeet überhaupt zo nat is geworden.
De vroege aarde
Het huidige beeld van planeetvorming begint met een protoplanetaire schijf – dat is een grote schijf van gas en stof die rond onze pasgevormde zon draait. Als de stof- en ijskorrels in de schijf met elkaar in contact komen, vormen die korrels steeds grotere klonters. Uiteindelijk vormen die klonters wat wij planetesimalen noemen, de bouwstenen van rotsachtige en reuzenplaneten.
Maar in de beginperiode van de vorming van ons zonnestelsel was die schijf veel heter op de plaats waar onze aarde nu staat. Dus ook al waren er waarschijnlijk watermoleculen aanwezig in de brokstukken waaruit de schijf bestond, het was te heet voor water om tot een vloeistof te condenseren, waardoor het verdampte. Bovendien had de vroege aarde nog geen atmosfeer, waardoor waterdruppels gemakkelijker de ruimte in werden geblazen. Dit plaatst ons voor een raadsel. Als de aarde niet uit de schijf kan zijn ontstaan terwijl de oceanen al intact waren, hoe zijn ze er dan gekomen?
Kometen vs. Asteroïden
Als het water van de Aarde niet samen met de Aarde is gevormd, dan moet het, zo vermoeden planetaire wetenschappers, later via een buitenaardse boodschapper zijn aangevoerd. Zowel asteroïden als kometen bezoeken de aarde en herbergen ijs. (Weet u het verschil niet tussen een asteroïde en een komeet? Kijk naar mijn eerdere aflevering.) Modellen van de samenstelling van asteroïden en kometen suggereren zelfs dat ze genoeg ijs bevatten om een hoeveelheid water te leveren die gelijk is aan de hoeveelheid water in de oceanen van de aarde.
Dus, probleem opgelost? Niet helemaal. Was het een komeet of een asteroïde die het water van de aarde heeft gebracht? Was het een enkele gebeurtenis, of vele? En hoe lang geleden is dit gebeurd?
Eén manier om te bepalen of een asteroïde of een komeet onze oceanen heeft gebracht, is te kijken naar de chemische samenstelling van deze kosmische objecten en die samenstelling te vergelijken met die van de aarde om te zien welke het meest op elkaar lijken. Een watermolecule heeft bijvoorbeeld altijd 10 protonen (8 van de zuurstofmolecule en telkens één van de waterstofmoleculen) en gewoonlijk 8 neutronen (alleen van de zuurstofmolecule). Maar verschillende isotopen van water kunnen extra neutronen hebben. Zwaar water bijvoorbeeld, noemen we water gemaakt van zuurstof en deuterium, een isotoop van waterstof, of gewoon waterstof met een neutron erbij.
Een studie die in 2014 in het tijdschrift Science werd gepubliceerd, bekeek de relatieve hoeveelheden van verschillende isotopen van watermoleculen met een verschillend aantal neutronen op meteorieten waarvan wordt aangenomen dat ze op aarde zijn gevallen vanaf de oude asteroïde Vesta. Vesta is het op een na grootste object in de asteroïdengordel en heeft een zwaar gekraterd oppervlak dat wijst op een gewelddadig verleden vol botsingen.
De gesteentemonsters van Vesta hadden dezelfde verdeling van isotopen als op aarde. Dat betekent niet dat Vesta noodzakelijkerwijs de bron van ons water is, maar wel dat een object of objecten die qua leeftijd en samenstelling op Vesta lijken, daarvoor verantwoordelijk kunnen zijn.
Maar het geschil is nog lang niet beslecht. Een tijd lang leken studies van kometen het idee te bevestigen dat het water van de aarde afkomstig was van asteroïden. Het recente Rosetta-ruimteschip was het eerste ruimteschip dat in een baan om de aarde om een komeet vloog en vervolgens ook het eerste ruimteschip dat een lander (Philae genaamd) naar het oppervlak van de komeet stuurde. Dankzij Rosetta en Philae ontdekten wetenschappers dat de verhouding tussen zwaar water (water gemaakt van deuterium) en “gewoon” water (gemaakt van gewoon oud waterstof) op kometen anders was dan op aarde, wat suggereert dat hooguit 10% van het water op aarde op een komeet zou kunnen zijn ontstaan.
Bij een korte passage van komeet 46P/Wirtanen in 2018 konden planeetwetenschappers de isotopenverhouding van de komeet gedetailleerder bekijken met behulp van SOFIA, een jumbojet met een telescoop aan boord – heel cool. Zij ontdekten dat de komeet vergelijkbare verhoudingen van deuterium en waterstof had als die op aarde. Wat maakt deze komeet dan anders dan de komeet die door Rosetta en Philae is bestudeerd?
Wel, komeet 46P/Wirtanen behoort tot een klasse van zogeheten “hyperactieve” kometen, wat betekent dat ze meer water vrijlaten als ze dichter bij de zon komen dan een gewone komeet doet. Hoe doen ze dat? Als een gewone komeet de warmte van de zon nadert, sublimeren de ijsdeeltjes uit zijn kern of gaan direct van vast ijs over in een gas, dat dan later kan condenseren tot vloeibaar water als het bijvoorbeeld op het oppervlak van een planeet zou aankomen. Maar een hyperactieve komeet verliest niet alleen het ijs uit zijn kern, maar ook ijsrijke deeltjes in zijn atmosfeer die eerder verhit werden en uit de kern vrijkwamen, maar daar nog steeds rondhangen. Die ijzige deeltjes kunnen ervoor zorgen dat de isotopenverhoudingen van hyperactieve kometen meer lijken op die op aarde.
Dus ook al zijn hyperactieve kometen zeldzamer, het feit dat ze isotopenbudgetten hebben die lijken op die van de aarde, maakt ze weer kanshebber voor de kosmische waterdrager van de aarde.
“Ga door met lezen van “Hoe kwam water op aarde?” op QuickAndDirtyTips.com