De geboorte van de 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. Inzicht in het formatieproces van onze wereld geeft niet alleen nieuw inzicht in de structuur en formatie, maar het opent ook nieuwe vensters met inzicht in de creatie van planeten rond andere sterren. 

Het verhaal begint lang voordat de aarde bestond

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

Het begon allemaal met slechts twee elementen: waterstof en helium en een klein spoor van lithium. De eerste sterren gevormd uit de waterstof die bestond. Toen dat proces begon, werden generaties sterren geboren in wolken van gas. Toen 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, die de volgende generatie sterren voortbrachten. Rond enkele van die sterren vormden de zwaardere elementen planeten.

De geboorte van het zonnestelsel krijgt een kick-start

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

De hete jonge protostar uiteindelijk "ingeschakeld" en begon waterstof te fuseren tot helium in zijn kern. The Sun was geboren. De wervelende hete schijf was de wieg waar de aarde en haar zusterplaneten werden gevormd. Het was niet de eerste keer dat zo'n planetair systeem werd gevormd. In feite kunnen astronomen dit soort dingen elders in het universum zien gebeuren.

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 in kleine korrels van stofformaat. IJzermetaal en verbindingen van silicium, magnesium, aluminium en zuurstof kwamen als eerste uit in die vurige omgeving. Bits hiervan worden bewaard in chondrietmeteorieten, die oude materialen uit de zonnevel zijn. Langzaam vestigden deze korrels zich en verzamelden zich in klonten, dan brokken, dan keien, en ten slotte lichamen genaamd planetesimals groot genoeg om hun eigen zwaartekracht uit te oefenen. 

De aarde wordt geboren in vurige botsingen

Naarmate de tijd verstreek, botsten planetesimals met andere lichamen en werden groter. Terwijl ze dat deden, was de energie van elke botsing enorm. Tegen de tijd dat ze zo'n honderd kilometer bereikten, waren planetesimale botsingen energiek genoeg om veel van het betrokken materiaal te smelten en te verdampen. 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 vandaag in een mantel rond het ijzer, in een miniatuur van de aarde en de andere binnenplaneten. Planetaire wetenschappers noemen dit bezinkingsproces differentiatie. Het gebeurde niet alleen met planeten, maar vond ook plaats binnen de grotere manen ende grootste asteroïden. De ijzeren meteorieten die van tijd tot tijd naar de aarde duiken, komen van botsingen tussen deze asteroïden in het verre verleden. 

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

Op een gegeven moment vroeg in dit proces sloeg een zeer grote planetesimale aarde een excentrische slag en spoot veel van de rotsachtige mantel van de jonge aarde in de ruimte. De planeet kreeg het meeste ervan na een bepaalde tijd terug, maar een deel ervan verzamelde zich in een tweede planetesimaal cirkelende aarde. Men denkt dat die overblijfselen deel uitmaakten van het vormingsverhaal van de maan.

Vulkanen, bergen, tektonische platen en een evoluerende aarde

De oudste overlevende rotsen op aarde werden zo'n vijfhonderd miljoen jaar na de eerste vorming van de planeet neergelegd. Het en andere planeten leden onder het zogenaamde 'late zware bombardement' van de laatste verdwaalde planetesimalen ongeveer vier miljard jaar geleden). De oude rotsen zijn gedateerd volgens de uranium-loodmethode en lijken ongeveer 4,03 miljard jaar oud te zijn. Hun mineralengehalte en ingebedde gassen laten zien dat er in die dagen vulkanen, continenten, bergketens, oceanen en korstplaten op aarde waren.

Sommige iets jongere rotsen (ongeveer 3,8 miljard jaar oud) tonen verleidelijk bewijs van het leven op de jonge planeet. Terwijl de aionen die volgden vol waren met vreemde verhalen en ingrijpende veranderingen, was de structuur van de aarde tegen de tijd dat het eerste leven verscheen goed gevormd en werd alleen de oorspronkelijke atmosfeer veranderd door het begin van het leven. Het toneel was ingesteld voor de vorming en verspreiding van kleine microben over de planeet. Hun evolutie resulteerde uiteindelijk in de moderne levendragende wereld die nog steeds gevuld is met bergen, oceanen en vulkanen die we vandaag kennen. Het is een wereld die voortdurend verandert, met regio's waar continenten uiteenvallen en andere plaatsen waar nieuw land wordt gevormd. Deze acties beïnvloeden niet alleen de planeet, maar ook 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 regio's rond 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.