De oorsprong van water op aarde
Hoewel 70 procent van het aardoppervlak bedekt is met oceanen, is water eigenlijk een zeer zeldzame stof op aarde, die slechts 0,05 procent van de totale massa van de planeet vertegenwoordigt. Desalniettemin heeft water een cruciale rol gespeeld bij het ontstaan en de evolutie van het leven – zonder water zou de aarde eruitzien als een dode planeet.
De aanwezigheid van water is een groot geologisch mysterie dat vragen oproept over waar de oceanen vandaan komen en of ze altijd dezelfde omvang hebben gehad als nu.
Okuma: Hvor meget vand er der på jorden
Een Deense onderzoeksgroep van het Statens Naturhistoriske Museum probeert deze vragen te beantwoorden door te meten hoe de aanwezigheid van waterstof- en zuurstofvarianten, ook wel isotopen genoemd, in de oceanen in de loop der tijd is veranderd.
De resultaten zijn zojuist gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).
“Water dat de aarde bedekte in de vroege tijden, bevatte meer gewone waterstof dan het tegenwoordig bevat, in vergelijking met zware waterstof, ook wel deuterium genoemd. Op basis hiervan kunnen we concluderen dat de oceanen ongeveer 25 procent van hun oorspronkelijke waterinhoud hebben verloren sinds de jeugd van de aarde bijna vier miljard jaar geleden, wat aanzienlijk is,” zegt postdoc Emily Pope, die betrokken was bij het onderzoek.
Zoeken naar de oudste stenen op aarde
Emily Pope en haar collega’s moesten out-of-the-box denken om resultaten te krijgen, omdat ze zeer weinig rotsmateriaal hadden om mee te werken uit die periode in de geschiedenis van de aarde.
De onderzoeksgroep besloot het mysterie vanuit een compleet andere hoek te benaderen door een speciaal mineraal genaamd serpentin te bestuderen.
Serpentin wordt gevormd wanneer warm gesteentemateriaal uit de aardmantel met zeewater circuleert door hete kanalen en scheuren onder de zeebodem. De chemische en isotopische samenstelling van serpentin wordt daarom bepaald door de samenstelling van zeewater en geeft daarmee aan hoe de oceanen er in het verleden uitzagen.
Serpentin wordt op veel plaatsen over de hele wereld gevonden, maar de onderzoekers besloten om het Isua-gebied in Groenland te verkennen, de thuisbasis van enkele van de oudste rotsen ter wereld.
Ayrıca bakınız: Ontdek welke frisdrank de meeste suiker bevat – Madens Verden
De rotsen in dit gebied zijn opmerkelijk omdat ze sinds hun vorming 3,8 miljard jaar geleden weinig zijn vervormd. Hierdoor bestaan delen van Isua nog steeds, waar sporen te vinden zijn van geologische en geochemische processen uit de tijd van de rotsvorming.
Emily Pope en haar collega’s Minik Rosing en Dennis K. Bird bezochten Isua tijdens hun veldwerk in de zomer van 2010, waar ze een bepaalde locatie vonden die eerder was geïdentificeerd als een oude zeebodem met serpentijn.
Waterstof ontsnapte uit de oceaan de ruimte in
Emily Pope nam verschillende monster van rotsmateriaal op verschillende plaatsen in het gebied en analyseerde ze in een laboratorium aan de Stanford University in Californië, VS. De monsters bevatten aanzienlijk meer waterstof en minder deuterium dan vandaag de dag, wat volgens Emily Pope een goede verklaring is:
Toen de aarde jong was, werden sommige watermoleculen gesplitst in waterstof, deuterium en zuurstof door een proces genaamd methanogenese. Waterstof en deuterium waren zulke lichte gassen dat ze door de atmosfeer opstegen en ontsnapten naar de ruimte.
Omdat waterstof het meest efficiënt is voor methanogenese, werd er meer waterstof vrijgegeven dan deuterium, en dit veranderde langzaam maar zeker de verhouding tussen de twee stoffen in de oceanen.
Nu ze wist hoeveel waterstof er in de afgelopen vier miljard jaar uit de oceanen is verdwenen, kon ze berekenen hoeveel water de oceanen hebben verloren. Het blijkt dat de aarde een kwart van zijn water heeft verloren sinds zijn jeugd.
“Waterstof en deuterium ontsnappen nog steeds langzaam uit de atmosfeer – tegenwoordig is de atmosfeer rijk aan zuurstof. Waterstof bindt zich aan zuurstof en vormt terug water, dat op aarde valt. Het merendeel van het water op aarde wordt dus in een gesloten systeem vastgehouden, waardoor de aarde niet verder uitdroogt,” zegt Emily Pope.
Warm klimaat wordt niet veroorzaakt door grote hoeveelheden methaan
De analyses spraken ook over de hoeveelheid methaan in de lucht op dat moment. De aanwezigheid van methaan bevorderde het verlies van waterstof naar de ruimte, en aangezien de onderzoekers weten hoeveel waterstof de aarde heeft verloren aan de ruimte, kunnen ze ook schatten hoeveel methaan er destijds in de atmosfeer aanwezig moet zijn geweest.
Emily Pope en haar collega’s schatten dat de moderne atmosfeer tussen de 50 en 500 keer minder methaan bevat dan de hoeveelheid die aanwezig was bij de vorming van de Isua-rotsen.
Ayrıca bakınız: Cristiano Ronaldo: Salaris, Inkomen, Vermogen – 2022 – Lontjek.dk
Deze bevinding is belangrijk in het debat over waarom het klimaat van de aarde in die tijd ongeveer net zo warm was als nu, terwijl de zon destijds aanzienlijk zwakker was – een ogenschijnlijke tegenstelling die de onderzoekers het Young Sun Paradox noemen.
Een voor de hand liggende oplossing voor dit paradox is dat de atmosfeer destijds grote hoeveelheden broeikasgassen bevatte, maar deze hypothese wordt tegengesproken door het onderzoek van Emily Pope en haar collega’s.
“Het paradox wordt veel besproken in de geologie, wat de nadruk legt op het belang van het verbeteren van schattingen van wat er eigenlijk bestond op basis van analyses van gesteenten, en dat is wat we hebben geprobeerd te doen. We vinden dat de atmosfeer destijds meer methaan bevatte dan nu, maar slechts een fractie van de hoeveelheid methaan die nodig is om een warm klimaat te bereiken door atmosferisch methaan alleen als broeikasgas te gebruiken,” zegt Emily Pope.
Klimaatveranderingen zijn vandaag de dag ingrijpend
Dus de reden waarom het klimaat destijds warm was, moet iets anders zijn dan een atmosfeer gevuld met broeikasgassen, en Emily Pope heeft haar oog laten vallen op een theorie van Minik Rosing, Dennis Bird, Norm Sleep en Christian Bjerrum uit 2010.
“De resultaten bevestigen mijn hypothese dat de aarde altijd een saaie planeet is geweest.”
Haar verklaring dat het klimaat destijds warm was ondanks de koudere zon kan te wijten zijn aan het feit dat het aardoppervlak destijds bedekt was met oceanen, terwijl de planeet vandaag de dag gedeeltelijk gevormd wordt door continenten. Zeewater is donkerder dan continenten omdat het meer zonlicht absorbeert, en de energie die de oceaan absorbeerde was voldoende om het klimaat min of meer stabiel te houden.
“Ik vind de theorie plausibel klinken. Het kan helpen verklaren waarom het klimaat op aarde lijkt te zijn veranderd op een relatief kleine schaal,” zegt Emily Pope.
Minik Rosing, die ook aan het onderzoek deelnam, benadrukt dat de nieuwe resultaten ons niet alleen iets kunnen vertellen over het klimaat van het verleden, maar ook de huidige klimaatveranderingen benadrukken.
“Het klimaat van de aarde is historisch gezien een stabiel systeem geweest. De huidige klimaatveranderingen zijn ingrijpend in vergelijking met de kleine schommelingen die in de loop der tijd hebben plaatsgevonden, en wij mensen dragen een groot deel van de verantwoordelijkheid daarvoor. Als we op deze manier de hoeveelheid broeikasgassen blijven verhogen, creëren we een onbalans die misschien nooit zal worden rechtgetrokken – een balans die het leven mogelijk maakt om te ontstaan en te bloeien,” besluit Minik Rosing.
Ayrıca bakınız: Fris en Groenten: Waarom ze goed voor je zijn volgens de Hartstichting
