De vroege aarde was een helse plek: heet, bulderend, snel roterend en gebombardeerd door ruimtepuin, waaronder een Marsformaat lichaam waarvan de inslag de maan creëerde.
Diezelfde impact veranderde ook het hele oppervlak van de nieuw gevormde aarde in een gesmolten magma-oceaan. Nu blijkt uit nieuw onderzoek dat de snelle draaiing van de planeet mogelijk van invloed is geweest op hoe deze gesmolten zee afkoelde.
De snelheid van de rotatie van de aarde kan van invloed zijn geweest op de plaats waar het minerale silicaat kristalliseerde en zich vestigde naarmate de magma-oceaan stolt, ontdekte de nieuwe studie. De ongelijke ophoping van silicaat en andere mineralen kan de start van de platentektoniek hebben beïnvloed of misschien zelfs de vreemde samenstelling van de mantel van vandaag helpen verklaren, zei Christian Maas, een geofysicus aan de Universiteit van Münster in Duitsland.
Hete aarde
Maas is de hoofdauteur van de nieuwe studie die onderzoekt hoe de oude magma-oceaan afkoelde en de mineralen daarin kristalliseerde. Die processen begonnen allemaal ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, niet lang nadat de aarde was gevormd, toen een planetair lichaam ter grootte van Mars op de pasgeboren planeet sloeg. De inslag sloeg een stuk puin weg dat de maan vormde, terwijl het ook zoveel warmte creëerde dat het aardoppervlak een oceaan van magma werd die duizenden kilometers diep was.
'Het is heel belangrijk om te weten hoe de magma-oceaan eruit zag', vertelde Maas aan WordsSideKick.com. Terwijl die hete zee afkoelde, vormde het de weg voor alle volgende geologie, inclusief platentektoniek en de moderne gelaagde, mantel-en-korst-opstelling van de planeet.
Een ding dat niet veel onderzoekers hebben overwogen, zei Maas, is hoe de rotatie van de aarde de koeling zou hebben beïnvloed. Met behulp van een computersimulatie pakten Maas en zijn collega's die vraag aan door de kristallisatie van één type mineraal, silicaat, te modelleren, dat een groot deel van de aardkorst vormt.
Kalmeer
De simulatie toonde aan dat de snelheid van de rotatie van de planeet beïnvloedde waar het silicaat zich vestigde in de vroege stadia van de afkoeling van de magma-oceaan, wat waarschijnlijk meer dan duizend tot een miljoen jaar gebeurde. Bij langzame rotatie, in het bereik van 8 tot 12 uur per omwenteling, blijven de kristallen in suspensie en blijven ze gelijkmatig verdeeld over de magma-oceaan.
Naarmate de rotatiesnelheid toeneemt, verandert de verdeling van de kristallen. Met gematigde of hoge snelheid zetten de kristallen zich snel neer op de bodem op de noord- en zuidpool en bewegen naar de onderste helft van de magma-oceaan nabij de evenaar. Op de middelste breedtegraden blijven de kristallen hangen en worden ze gelijkmatig verdeeld.
Bij de hoogste rotatiesnelheden - een volledige rotatie in ongeveer 3 tot 5 uur - hopen de kristallen zich op de bodem van de magma-oceaan op, ongeacht de breedtegraad. Door convectie in het roerende magma nabij de polaire gebieden kwamen de kristallen echter herhaaldelijk opbellen, waardoor de gekristalliseerde laag niet erg stabiel was.
Wetenschappers weten niet precies hoe snel de vroege aarde roteerde, hoewel ze schatten dat deze volledig ronddraaide in ongeveer 2 tot 5 uur ten tijde van het bestaan van de magma-oceaan.
De studie, gepubliceerd in het komende mei-nummer van het tijdschrift Earth and Planetary Science Letters, hield geen rekening met andere soorten mineralen of modelleerde de silicaatverdeling voorbij de eerste fase van de kristallisatie van de magma-oceaan. Het toevoegen van andere mineraalsoorten aan het model is de volgende stap, zei Maas.
Hij voegde eraan toe dat hij ook geïnteresseerd is in het bestuderen van latere planetaire effecten. Niet lang na de gigantische, maanvormende inslag werd de aarde waarschijnlijk geraakt door kleinere ruimtesteentjes, zei Maas. Als de rotatie van de aarde ervoor zorgde dat de magma-oceaan ongelijk kristalliseerde, zouden de mineralen in die brokken interstellaire puin heel anders in de aarde kunnen zijn opgenomen, afhankelijk van waar ze zijn geland, zei hij.
Het is ook niet duidelijk of de mantel van vandaag sporen van dit vurige begin heeft behouden. De moderne mantel is een beetje een mysterie. Bijzonder verbijsterend zijn 'de klodders', twee continentale gebieden van hete rotsen die seismische golven van aardbevingen die er doorheen gaan altijd vertragen. Deze klodders staan bekend als 'grote provincies met lage schuifsnelheid' of LLSVP's en zijn elk 100 keer zo hoog als de Mount Everest, maar niemand weet waar ze van gemaakt zijn of waarom ze er zijn.
Er zijn nog steeds veel punten die niet verbonden zijn tussen de mantelafwijkingen van vandaag, zoals de klodders en de oude magma-oceaan van de vroege aarde, zei Maas. Misschien zijn alle sporen van die vurige zee al lang uitgewist door geologische krachten, voegde hij eraan toe. Maar uitzoeken hoe het oorspronkelijke vaste oppervlak van de planeet eruitzag, zou kunnen helpen verklaren hoe het zich tot zijn huidige toestand heeft ontwikkeld.
