Wetenschappers hebben de geboorte van het zonnestelsel gedateerd op ongeveer 4,57 miljard jaar geleden. Ongeveer 60 miljoen jaar later werd de Maan gevormd door een botsing tussen de jonge Aarde en een lichaam ter grootte van Mars, Theia genaamd.
Nu suggereert nieuw onderzoek dat de overblijfselen van het grote object dat met de jonge Aarde in botsing kwam om de Maan te vormen, nog steeds diep in de planeet te vinden zijn als twee grote brokken. Deze brokken maken ongeveer 8% uit van het volume van de aardmantel, de rotsachtige zone tussen de ijzeren kern van de Aarde en haar korst.
Het nieuwe onderzoek, geleid door Qian Yuan van de Arizona State University en Caltech, stelt dat de hitte die door deze botsing werd opgewekt niet genoeg was om de hele aardmantel te smelten, zodat de binnenste mantel vast bleef.
Een computersimulatie met hoge resolutie van Theia die met de Aarde botst en zo de Maan vormt.
Bijgevolg, zeggen de onderzoekers, vermengde de gesmolten mantel van Theia zich niet volledig met de aardmantel. Daardoor zouden de restanten van Theia niet te onderscheiden zijn van de aardmantel als geheel. In plaats daarvan eindigde veel van Theia’s mantel als twee klonten ter grootte van een continent die nu bovenop de grens tussen de aardkern en de aardmantel liggen.
Grote provincies met lage snelheid
Yuan stelt dat deze knobbels overeenkomen met, en een verklaring kunnen zijn voor, het bestaan van de twee grote low-velocity provincies (LLVP’s), die tientallen jaren geleden werden ontdekt: een onder de Stille Oceaan en een andere onder Afrika en de oostelijke Atlantische Oceaan.
Deze ontdekking was te danken aan de waarneming dat de trillingen afkomstig van aardbevingen, bekend als seismische golven, iets langzamer door deze gebieden reizen dan door de “normale” onderste mantel.
De interne lagen van de aarde.
NASA (Aangepast van Goddard Media Studios)
Eerdere verklaringen voor de LLVP’s zijn onder andere dat ze een diepe opeenhoping zijn van gesubducteerde oceaanplaten (waar plaattektoniek de oceaanbodem onder een continent heeft getrokken). Of dat ze een plek zijn waar abnormaal hete lagere mantel begint op te stijgen als een “superplume” (enorme stralen gedeeltelijk gesmolten gesteente).
Geen van deze modellen kan echter een verklaring geven voor de bijzondere verrijking aan vluchtige elementen zoals helium en xenon in lava die is uitgebarsten op oceanische eilanden boven LLVP’s. Yuan stelt dat dit “vingerafdrukken” zijn van de groei van Theia in het gas en stof dat de jonge Zon omringde, voordat het met de Aarde in botsing kwam.
De hele mantel smelten of niet?
Computermodellen van Yuan’s team suggereren dat de gigantische inslag die de Maan vormde niet genoeg energie zou hebben geleverd om de hele aardmantel te smelten. In plaats daarvan kwamen de gesmolten resten van de mantel van Theia, die iets rijker was aan ijzer (waardoor hij dichter was dan de aardmantel) terecht aan de basis van de tijdelijke magma-oceaan die door de botsing ontstond.
Later, nadat de magma-oceaan gestold was, werd het Theia-materiaal naar het onderste deel van de aardmantel getrokken door convectiestromen, die zelfs in de vaste mantel met centimeters per jaar stromen.
Het kan miljarden jaren geduurd hebben voordat deze convectiestromen het Theia-materiaal ophoopten tot de LLVP’s die we vandaag de dag zien. Zelfs als dit waar is, moeten ze niet worden gezien als grote brokken mantel van Theia die de inslag hebben overleefd. Ze zijn eerder gemaakt van aanvankelijk verspreid mantelmateriaal van Theia dat weer is opgehoopt.
Qian Yuan van Caltech legt het uit aan de hand van computersimulaties.
Is het waar?
De meeste wetenschappers zullen heel wat overtuigingskracht nodig hebben als het op deze theorie aankomt. Yuan voorspelt dat als zijn hypothese juist is, monsters van de mantel van de Maan, verzameld door toekomstige missies, zullen overeenkomen met de geochemische vingerafdrukken die gevonden zijn in vulkanisch gesteente van de LLVP’s. Ik denk dat dat bewijs nog lang op zich zal laten wachten.
Ik merk ook op dat Yuan’s modellering lijkt te zwijgen over het lot van de kern van Theia. Wetenschappers nemen meestal aan dat de kern van Theia samensmolt met die van de Aarde in de uren na de botsing.
Het is niet duidelijk hoe dat heeft kunnen gebeuren als het onderste deel van de aardmantel vast is gebleven. Aan de andere kant gebeurde de inslag van Theia zo kort nadat de Aarde zelf was gevormd (waarschijnlijk door een serie afzonderlijke botsingen) dat het binnenste van de Aarde nog heet en gesmolten kan zijn geweest in de nasleep van die gebeurtenissen.
De implicaties van Yuan’s model zijn de moeite waard om over na te denken. Zou bijvoorbeeld de langzame opeenhoping van Theia-mantelmateriaal in de LLVP’s enig effect hebben gehad op het patroon van platentektoniek daarboven? Mogelijk hadden we nu geen Atlantische oceaan gehad als Theia niet vier en een half miljard jaar geleden op de proto-aarde was ingeslagen.
Lees meer:
Hoe de maan werd gevormd – nieuw onderzoek
David Rothery is co-leider van de Mercury Surface and Composition Working Group van de European Space Agency's en mede-investeerder van MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) die nu onderweg is naar Mercurius aan boord van de Mercurius orbiter BepiColombo van de European Space Agency's. Hij heeft geld ontvangen van de UK Space Agency en de Science & Technology Facilities Council voor werk in verband met Mercurius en BepiColombo. Hij heeft financiering ontvangen van de UK Space Agency en de Science & Technology Facilities Council voor werk met betrekking tot Mercurius en BepiColombo, en van de Europese Commissie in het kader van haar Horizon 2020-programma voor werk aan planetaire geologische kartering. Hij is auteur van Planet Mercury – from Pale Pink Dot to Dynamic World, Moons: A Very Short Introduction en Planets: A Very Short Introduction.
