De vorming van de planeet aarde

De vorming en evolutie van planeet Aarde is een wetenschappelijk detectiveverhaal dat astronomen en planetaire wetenschappers veel onderzoek heeft gekost om erachter te komen. Het begrijpen van het vormingsproces van onze wereld geeft niet alleen nieuw inzicht in de structuur en vorming ervan, maar het opent ook nieuwe vensters van inzicht in de schepping van planeten rond andere sterren.

De aarde was er niet aan het begin van het universum. In feite was er heel weinig van wat we vandaag in de kosmos zien, rond toen het universum zo'n 13,8 miljard jaar geleden werd gevormd. Om bij de aarde te komen, is het echter belangrijk om bij het begin te beginnen, toen het universum nog jong was.

Het begon allemaal met slechts twee elementen: waterstof en helium, en een klein spoor lithium. De eerste sterren zijn gevormd uit de waterstof die bestond. Toen dat proces eenmaal was begonnen, werden generaties sterren geboren in gaswolken. Naarmate ze ouder werden, creëerden die sterren zwaardere elementen in hun kernen, elementen zoals zuurstof, silicium, ijzer en andere. Toen de eerste generaties sterren stierven, verspreidden ze die elementen naar de ruimte, wat de volgende generatie sterren zaaide. Rond sommige van die sterren vormden de zwaardere elementen planeten.

Zo'n vijf miljard jaar geleden, op een heel gewone plek in de melkweg, gebeurde er iets. Het kan een supernova-explosie zijn geweest die veel van zijn zware wrakstukken in een nabijgelegen wolk van waterstofgas en interstellair stof duwde. Of het zou de actie kunnen zijn van een passerende ster die de wolk in een wervelend mengsel opwekt. Wat de kick-start ook was, het zette de cloud in actie die uiteindelijk resulteerde de geboorte van het zonnestelsel. Het mengsel werd heet en geperst onder zijn eigen zwaartekracht. In het midden vormde zich een protostellair object. Het was jong, heet en stralend, maar nog geen volle ster. Eromheen draaide een schijf van hetzelfde materiaal, die steeds heter werd naarmate zwaartekracht en beweging het stof en de rotsen van de wolk samendrukten.

De hete jonge protoster "ging uiteindelijk aan" en begon in zijn kern waterstof tot helium te fuseren. De zon was geboren. De wervelende hete schijf was de wieg waar de aarde en haar zusterplaneten vormden. Het was niet de eerste keer dat zo'n planetair systeem werd gevormd. Astronomen kunnen zelfs zien dit soort dingen gebeuren elders in het universum.

Terwijl de zon in omvang en energie groeide en haar nucleaire branden begon te ontsteken, koelde de hete schijf langzaam af. Dit heeft miljoenen jaren geduurd. Gedurende die tijd begonnen de componenten van de schijf uit te vriezen tot kleine stofkorrels. IJzermetaal en verbindingen van silicium, magnesium, aluminium en zuurstof kwamen als eerste uit in die vurige omgeving. Stukjes hiervan worden bewaard in chondriet meteorieten, oude materialen uit de zonnevel. Langzaam nestelden deze korrels zich samen en verzamelden zich in bosjes, brokken, rotsblokken en tenslotte lichamen die planetesimalen genoemd werden die groot genoeg waren om hun eigen zwaartekracht uit te oefenen.

Naarmate de tijd verstreek, botsten planetesimalen op andere lichamen en werden ze groter. Terwijl ze dat deden, was de energie van elke botsing enorm. Tegen de tijd dat ze ongeveer honderd kilometer groot waren, waren planetaire botsingen energiek genoeg om dat te doen smelten en verdampen veel van het betrokken materiaal. De rotsen, ijzer en andere metalen in deze botsende werelden sorteerden zichzelf in lagen. Het dichte ijzer vestigde zich in het midden en de lichtere rots scheidde zich in een mantel rond het ijzer, in een miniatuur van de aarde en de andere binnenplaneten van vandaag. Planetaire wetenschappers noemen dit bezinkingsproces differentiatie. Het gebeurde niet alleen met planeten, maar ook binnen de grotere manen ende grootste asteroïden. De ijzermeteorieten die van tijd tot tijd op de aarde duiken, zijn het gevolg van botsingen tussen deze asteroïden in het verre verleden.

Op een bepaald moment in deze tijd ontstak de zon. Hoewel de zon slechts ongeveer tweederde zo helder was als vandaag, is het ontstekingsproces (de zogenaamde T-Tauri-fase) was energiek genoeg om het grootste deel van het gasvormige deel van de protoplanetaire schijf. De achtergebleven brokken, rotsblokken en planetesimalen bleven zich verzamelen in een handvol grote, stabiele lichamen in ruim opgezette banen. De aarde was de derde van deze, naar buiten geteld vanaf de zon. Het proces van accumulatie en botsing was gewelddadig en spectaculair omdat de kleinere stukken enorme kraters op de grotere achterlieten. Studies van de andere planeten laten deze effecten zien en het bewijs is sterk dat ze hebben bijgedragen aan catastrofale omstandigheden op de jonge aarde.

Op een gegeven moment vroeg in dit proces trof een zeer grote planetesimaal de aarde een uit het midden geslagen slag en spoot een groot deel van de rotsachtige mantel van de jonge aarde de ruimte in. De planeet kreeg het meeste terug na een bepaalde tijd, maar een deel ervan verzamelde zich in een tweede planetaire kleine cirkelvormige aarde. Die restjes zouden deel uitmaken van het vormingsverhaal van de maan.

De oudste nog bestaande rotsen op aarde werden ongeveer vijfhonderd miljoen jaar na de eerste vorming van de planeet neergelegd. Het en andere planeten leden onder de zogenaamde "late zware bombardementen" van de laatste verdwaalde planetesimalen ongeveer vier miljard jaar geleden). De oude rotsen zijn gedateerd door de uranium-lood methode en lijkt ongeveer 4,03 miljard jaar oud te zijn. Hun mineraalgehalte en ingebedde gassen laten zien dat er in die tijd vulkanen, continenten, bergketens, oceanen en aardkorstplaten waren.

Sommige iets jongere rotsen (ongeveer 3,8 miljard jaar oud) vertonen verleidelijk bewijs van leven op de jonge planeet. Terwijl de Eonen die volgden waren vol vreemde verhalen en ingrijpende veranderingen, tegen de tijd dat het eerste leven verscheen, De structuur van de aarde was goed gevormd en alleen de oorspronkelijke atmosfeer veranderde bij het begin van het leven. Het toneel was klaar voor de vorming en verspreiding van kleine microben over de hele planeet. Hun evolutie resulteerde uiteindelijk in de moderne, levensdragende wereld die nog steeds gevuld is met bergen, oceanen en vulkanen die we tegenwoordig kennen. Het is een wereld die voortdurend verandert, met regio's waar continenten trekken uit elkaar en andere plaatsen waar nieuw land wordt gevormd. Deze acties hebben niet alleen invloed op de planeet, maar ook op het leven erop.

Het bewijs voor het verhaal van de vorming en evolutie van de aarde is het resultaat van het verzamelen van geduldig bewijsmateriaal van meteorieten en studies van de geologie van de andere planeten. Het komt ook uit analyses van zeer grote hoeveelheden geochemische gegevens, astronomische studies van planeetvormende gebieden eromheen andere sterren en tientallen jaren van serieuze discussie tussen astronomen, geologen, planetaire wetenschappers, chemici en biologen. Het verhaal van de aarde is een van de meest fascinerende en complexe wetenschappelijke verhalen die er zijn, met veel bewijs en begrip om het te ondersteunen.

Bijgewerkt en herschreven door Carolyn Collins Petersen.