Jonge aarde werd mogelijk door maan uitgerekt tot een aardappel

Toen de maan werd gevormd, draaide het nieuwe hemellichaam in een veel strakkere baan rond de aarde dan nu, wat tot bizarre effecten op onze planeet leidde: van een hypersnelle rotatie tot een merkwaardig uitgerekte vorm.

Friday, April 17, 2020,
Door Robin George Andrews
De ondergaande maan is te zien in dit uitzicht vanuit het International Space Station.

De ondergaande maan is te zien in dit uitzicht vanuit het International Space Station.

Foto van Reid Wiseman, NASA

Rond vierenhalf miljard jaar geleden botste een planetoïde op de nog zeer jonge aarde. Bij die kolossale aanvaring ontstond de maan uit de grote hoeveelheid puin die bij de botsing de ruimte in was geslingerd. Destijds was onze planeet volgens aardwetenschappers nog niet echt een ‘aarde’, maar meer een bol van gesmolten en deels gestold lava, en zonder veel van de complexere geologische kenmerken die de aarde tegenwoordig kenmerkt.

Maar volgens een nieuwe computersimulatie draaide de pas gevormde maan in een dusdanig strakke baan rond de aarde dat de aantrekkingskracht van de satelliet een enorme en bizarre uitwerking op de jonge aarde had. De maan stond in deze periode dertigmaal dichterbij de aarde dan nu, en uit de nieuwe berekeningen blijkt dat deze nabijheid het evenwicht tussen de gecoördineerde ‘pas de deux’ van aarde en maan ernstig verstoorde. De aarde begon zó snel om zijn as te draaien dat onze planeet werd afgeplat tot een vorm die het midden hield tussen een rugbybal en een dubbelzijdige frisbee.

Op deze bizar ogende wereld werden reusachtige bergketens gevormd en deden zich enorme vulkaanuitbarstingen voor – een geologische smeltkroes waarin alle mogelijk vormen van complexe gesteenten en mineralen werden gevormd, de ingrediënten waaruit later de grote landmassa’s op de planeet zouden ontstaan.

“Gedurende de eerste tientallen miljoenen jaren in de geschiedenis van de aarde heb je het over een ongelooflijk dynamische plek,” zegt Simon Lock, planetoloog aan het California Institute of Technology en een van de medeauteurs van de nieuwe studie. “Een heel andere wereld dan we ons kunnen voorstellen.”

Hoewel de nieuwe simulatie nog niet ter beoordeling is voorgelegd aan andere wetenschappers, denken meerdere experts dat het een zeer interessant onderzoek is. Het idee dat de aarde korte tijd de vorm van een aardappel heeft gehad, klinkt misschien vreemd, zegt Sara Russell, een professor in de planetologie van het Natural History Museum in Londen die niet bij de nieuwe simulatie was betrokken. Maar het is denkbaar dat de pasgeboren maan een van de eerste geologische ingenieurs van de aarde is geweest. “Ik heb zoiets nog nooit eerder gehoord, dus dit is heel spannend,” zegt zij.

Een helse tijd

De ontwikkelingsgeschiedenis van de aarde wordt gedetailleerd vastgelegd in de gesteenten van onze planeet. Maar vervolgens wordt dat archief van steen weer uitgewist door de inwerking van lucht en wind, water en ijs. Oude gesteenten worden afgebroken, terwijl in troggen diep onder de oceanen stukken oeroude aardkorst worden opgeslokt. Al deze activiteit betekent dat veel van de geologische geschiedenis van de aarde voorgoed is weggevaagd. Het zijn vooral de tijdperken direct na de vorming van de aarde die daardoor zeer moeilijk zijn te reconstrueren, maar geologen gaan ervan uit dat die tijd erg lang en saai is geweest: een periode waarin de wereld een rotsachtige bol onder een dikke laag vulkanische smog was waar verder weinig gebeurde.

Dus is het raadselachtig dat er in Australië een laag van het vrijwel onverwoestbaar kristal zirkoon is gevonden en dat de meting van het radioactieve verval van die mineralen een ouderdom van 4,4 miljard jaar opleverde. Zirkoon wordt doorgaans in chemisch complexe gesteenten als graniet aangetroffen, maar wetenschappers waren het tot dusver niet eens over het antwoord op de vraag hoe de jonge, geologisch ‘saaie’ aarde toch zulke bijzondere mineralen kon produceren.

Maar misschien had de maan er iets mee te maken, zo dacht Lock. De maan ontstond niet lang na de vorming van de aarde. Een hemellichaam ter grootte van een planeet botste met onvoorstelbaar veel geweld op de jonge aarde, waarbij een ring van puin rond onze planeet ontstond. Dat puin klonterde vervolgens samen tot een ruwe bol die in een baan rond de aarde begon te draaien. 

Uit computersimulaties blijkt dat onze nieuwe satelliet in een veel strakkere baan rond de aarde draaide dan tegenwoordig. En hoewel dat een enorme uitwerking op de rotatiesnelheid van de jonge aarde moet hebben gehad, waren de consequenties daarvan in eerdere studies niet verder uitgewerkt. De nieuwsgierig geworden Lock creëerde zijn eigen simulaties om te bestuderen welke gevolgen de verhoogde rotatiesnelheid van de aarde gehad moet hebben.

De resultaten zouden in maart op de 51e Lunar and Planetary Science Conference worden gepresenteerd, maar door de coronavirus-uitbraak moest die persoonlijke bijeenkomst in Texas worden afgelast. Maar uit een samenvatting van de bevindingen komt een opmerkelijk beeld naar voren: de maan als een van de grote architecten van de aarde.

You spin me right ’round

De aarde en de maan zijn gevangen in een onverbrekelijke dans van wederzijdse aantrekkingskracht, waarbij de natuurwetten bepalen dat als een van beide objecten zijn gedrag verandert, het andere object zich daaraan moet aanpassen om zijn eigen balans te hervinden. Een van die natuurwetten is de wet van het behoud van impulsmoment, die in dit geval inhoudt dat de aarde sneller om zijn as gaat draaien als de maan dichtbij de aarde staat en langzamer om zijn as gaat draaien naarmate de maan verder weg staat.

Kort nadat de oceanen van gesmolten gesteente op aarde stolden en een eenvoudige jonge aardkorst vormden, bevond de maan zich waarschijnlijk op een afstand van een kleine 13.000 kilometer van de aarde, vergeleken met de huidige afstand van ruim 384.000 kilometer. De aarde tolde destijds zó snel om haar as dat één hele dag misschien maar tweeënhalf uur duurde. En de aardbol werd daardoor afgeplat tot een uitgerekte rugbybal.

“Ik heb er nooit bij stilgestaan dat de jonge aarde zó plat kan zijn geweest,” zegt Robert Stern, een expert in plaattektoniek van de University of Texas in Dallas die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. “Het mag dan vreemd klinken, maar eigenlijk is het wel logisch,” zegt hij.

Tegenwoordig trekt de zwaartekracht van de afgelegen maan nog steeds aan onze oceanen, waardoor getijden ontstaan. Maar in dat verre verleden was die aantrekkingskracht veel en veel groter. Volgens het nieuwe computermodel moet er daardoor een reusachtige uitstulping van massief gesteente op aarde zijn ontstaan en moet die uitstulping zich in overeenstemming met de omloopbaan van de maan razendsnel over het aardoppervlak hebben voortbewogen. Maar deze uitwisseling van krachten tussen de aarde en de maan moet de maan ook hebben afgeremd, waardoor de pas de deux werd verstoord. Om het evenwicht te herstellen begon de maan zich van zijn rondtollende danspartner te verwijderen.

De aarde reageerde op haar beurt met het vertragen van zijn absurd snelle rotatie. Daarbij werd onze planeet weer ronder en begon meer op een ingedrukte voetbal te lijken. De gesteenten rond de evenaar begonnen in en tegen elkaar aan te schuiven alsof ze bij een frontale botsing waren betrokken, waardoor er een surrealistische hoeveelheid gebergten ontstonden, die inmiddels al lang zijn verdwenen.

Nabij de polen werd de aardkorst juist uit elkaar gerukt. Het onderliggende, superverhitte mantelgesteente werd door de ontstane spleten naar boven gestuwd, waar het door decompressie en smelting reusachtige hoeveelheden magma produceerde. Dit proces deed volgens Lock “sterk denken aan wat zich tegenwoordig langs de mid-oceanische ruggen op aarde afspeelt, maar dan in een waanzinnig tempo,” oftewel veel sneller dan de huidige, extreem trage vorming van nieuwe aardkorst.

Gedurende dit pandemonium moeten kolossale rotsplaten diep de aardmantel in zijn gedreven. In dat geval zouden daarbij de ingrediënten zijn ontstaan waaruit talloze mineralen zijn opgebouwd, waaronder het zirkoon dat geologen 4,4 miljard jaar later zouden vinden. En als dat zirkoon inderdaad onderdeel uitmaakte van oeroude granietsoorten, dan zou dat getuigen van de eerste pogingen van de aarde om het soort continentale gesteenten te produceren waaruit later de landmassa’s werden gevormd waarop wij nu leven.

Buitenaardse wereld

Het debat over de vroege geschiedenis van de aarde wordt traditioneel beheerst door geologen, niet door planetologen, zegt Stern. Maar “wanneer nieuwe groepen gaan bijdragen aan de discussie, dan gebeuren er werkelijk interessante dingen.” Deze nieuwe benadering heeft nu al een merkwaardig gevormde jonge aarde opgeleverd en is dus “zeker niet oud en vertrouwd.”

Het is volstrekt aannemelijk dat de maan een grote rol speelde in de vorming van de vroege aarde, zegt Paul Byrne, een planetair geoloog van de North Carolina State University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. Maar volgens hem was de maan niet de enige architect in die periode. De ingewanden van de jonge aarde waren driemaal zo heet als tegenwoordig en die hitte moet in staat zijn geweest om, met of zonder de hulp van de maan, alle mogelijke veranderingen in het aardoppervlak teweeg te brengen.

Omdat de aarde haar verre geologische verleden zelf weer heeft weggevaagd, is het verhaal van de machtige invloed van de maan op de vroege jeugd van onze planeet moeilijk te bewijzen. Maar of dit computermodel nu de waarheid benadert of niet, het zal volgens Russell ons inzicht in dat begintijdperk zeker vergroten als we de jonge aarde niet zien als een plek die we nu zouden herkennen, maar als een volstrekt buitenaardse wereld.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Vreemd interstellair object afgebroken van een dode planeet?

De vreemde, langgerekte vorm van ’Oumuamua, het eerste hemellichaam dat voor zover bekend vanuit de interstellaire ruimte ons zonnestelsel is binnengedrongen, is mogelijk ontstaan toen een planeet door een ster uit elkaar werd getrokken.

Bijzondere vulkanische bult op de maan gevonden

Onderzoekers die op het maanoppervlak op zoek waren naar sporen van inslagen in het verleden, vonden een bonus die volgens geologen “zeer verbazingwekkend” is.

Vorming van maan rond planeet voor het eerst vastgelegd

Een schijf van stof rond een afgelegen exoplaneet zou het allereerste begin kunnen zijn van een spiksplinternieuwe maan.
Lees meer