Water op aarde is niet zo logisch als het lijkt

Daarvoor moet je beginnen bij het ontstaan van rotsachtige planeten, zoals de aarde. Deze planeten zijn gevormd doordat kleine brokjes steen samenklonterden en weer botsten met andere stenen en zo groeide een groter geheel. Die botsingen waren heftig en bij zo’n inslag kwam zoveel energie vrij dat de temperatuur snel steeg, met als gevolg dat de jonge aarde ‘smolt’. Het gesteente werd vloeibaar en er ontstond een oceaan van magma aan het oppervlak, legt Van Westrenen uit. “In die omstandigheden kwam van alles vrij uit de mineralen en kon ook water ontstaan, maar het magma was zo heet dat water daar niet in kon oplossen en als gasbelletjes, waterdamp, ontsnapte en opsteeg. Er vormde zich een laag waterdamp en toen alles weer afkoelde, condenseerde dat en begon het te regenen, waardoor er vloeibaar water op het oppervlak kwam.”

Aardmantel van toen

In dit scenario moet het waterstof dus inderdaad al aanwezig zijn geweest in de brokken steen die de aarde vormden. “Dat is een omstreden aanname, maar ik behoor ook tot de groep die dat denkt. Deze metingen wijzen daar ook op.” Waarom is dat een omstreden idee? “Dat heeft te maken met de vraag hoe waterstof, een gas, ooit in het gesteente opgenomen zou kunnen zijn”, aldus Van Westrenen. “Daar is nog geen sluitende verklaring voor.”

Hoewel hij het belang van de enstatiet chondrieten in het ontstaan van het aardse water onderschrijft, plaatst Van Westrenen ook kritische kanttekeningen. “Wat mij opvalt is dat de onderzoekers voorbijgaan aan de doorlopend veranderende verhouding tussen deuterium en waterstof van de aarde zelf. Die verhouding is niet constant, doordat we gaandeweg waterstof verliezen aan de ruimte. Het lichtere waterstof ontsnapt meer uit onze atmosfeer dan het zwaardere deuterium, waardoor de deuterium/waterstof-ratio in de tijd toeneemt. De manier waarop de onderzoekers hier die verhoudingen tussen de aardmantel en de enstatiet chondrieten vergelijken geeft een vertekend beeld: ze vergelijken in feite oude stenen met de aarde van nu, terwijl je de aardmantel van ‘toen’ als vergelijking zou moeten nemen.” De onderzoekers reageerden helaas niet op vragen van NEMO Kennislink over de manier waarop ze hun meetresultaten hebben weergegeven.

Waterdragers van ver

En het scenario waarin ‘waterdragers’ van veel verder weg de bron zijn voor de natte aarde? Is dat hiermee van de baan? Niet helemaal. Floris van der Tak is wetenschapper bij het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON en onderzoekt onder andere de samenstelling van kometen en planetoïden. Hij vertelt: “In onze oceaan zit tamelijk veel deuterium, meer dan in de zon in ieder geval. Naast het oermateriaal dichtbij de zon zit er waarschijnlijk meer ‘koud materiaal’ in, van verder weg. Over het algemeen neemt de concentratie deuterium toe naarmate je vanaf de zon verder naar buiten gaat. Door de lage temperatuur gedijt het daar als het ware beter.”

Het is bovendien onduidelijk of het kometen of planetoïden waren die een deel van het water brachten. “Kometen komen uit de buitenste delen van het zonnestelsel en dragen veel (deuteriumrijk) water, dat schiet lekker op”, zegt Van der Tak. “Planetoïden zijn droger, maar daar zijn er weer veel meer van en ze zitten gemiddeld dichterbij de aarde. De kans op inslagen op aarde is veel groter.”

Van Westrenen denkt ook dat latere inslagen een bijdrage aan het water op aarde leverden. “Dat is nog steeds een mogelijke bron van water, maar veel van die meteorieten hebben een heel andere isotoopverhouding in hun waterstof met veel meer deuterium dan we op aarde hebben. Ze kunnen dus niet heel veel bijgedragen hebben, want dan zouden we nu op aarde daarvoor ook hogere waardes meten.”

Ruimere blik

Al met al lijkt de conclusie dat verschillende gebeurtenissen een bijdrage hebben geleverd aan onze huidige natte planeet. Maar hoe komen we nu verder in het ontrafelen van het belang van die verschillende bijdragen? Wat was nou echt belangrijk en wat speelde een minder prominente rol? “Daarvoor moeten we naar veel meer elementen tegelijkertijd kijken”, zegt Van Westrenen. “Iedere onderzoeksgroep heeft een specialisatie. De een is goed in het meten van stikstof, de ander concentreert zich op zuurstof, maar alle elementen op aarde zijn afkomstig uit de ruimte en wil je een beeld krijgen van wat precies waar vandaan komt dan moet je veel breder kijken. Bijvoorbeeld ook naar koolstof of chloor, om maar iets te noemen. Het zou daarom heel nuttig zijn om dezelfde stenen door verschillende groepen te laten onderzoeken zodat we veel meer elementen in beeld krijgen en dan kun je echt gaan vergelijken. Concentreren op een of twee elementen is niet genoeg.”

In een begeleidend commentaar in Science schrijft wetenschapper Anne Peslier van NASA’s Johnson Space Center dat de bezorging van waterstof door enstatiet chondrieten andere – wellicht moeilijker te verklaren – mechanismen overbodig of in ieder geval minder belangrijk maakt. Ze noemt daarbij het tijdelijk naar binnen verschuiven van de sneeuwgrens in het jonge zonnestelsel en de directe adsorptie van water aan het aards gesteente als alternatieve verklaringen. “Dit kun je zien als een wat simpelere oplossing”, denkt ook Van der Tak. “Dat alles tegelijk is ontstaan, en dat het waterstof dat nodig was voor al dat water grotendeels in het bouwmateriaal zelf zat.”

De zoektocht naar de bron van het water op aarde en het water op planeten rondom andere sterren kan elkaar wellicht ook verder helpen. Van der Tak: “We hebben laatst met computersimulaties bevestigd dat er ook in een systeem met vier planeten zoals HR 8799 water kan zijn bezorgd nadat de planeten zich vormden.” Op het moment van schrijven zijn er ruim drieduizend planeetsystemen bekend waarvan 710 systemen met meer dan een planeet. “Het is goed dat we op dit moment andere planetenstelsels leren kennen, want we hebben hier in ons eigen zonnestelsel eigenlijk maar een beperkte blik.”