Afbeelding in de hoofding: Een zirkon kristal met insluitsels van onzuiverheden van Stonefield Beach in de Pacific. Van Microlabgallery.com.
Zirkonium als boodschapper uit een ver verleden
Zirkonkristallen (Zirkoniumsilicaat of ZrSiO4) zijn zowat overal te vinden op Aarde, zowel in sedimenten als in vulkanische gesteenten. Dit is heel fijn voor wetenschappers om twee goede redenen:
- Deze kristallen zijn enorm resistent tegen verwering. Ze zijn zo taai, dat ze zelfs onveranderd zijn nadat ze mee met het omgevend gesteente in de mantel van de Aarde opgenomen zijn en nadien weer via uitbarstende vulkanen terug aan de oppervlakte komen. Het zijn dus de enige oudere overblijfselen wanneer alle omgevende gesteente volledig is verdwenen door geologische activiteit.
- Ze bevatten meestal onzuiverheden, kleine insluitingen die informatie bevatten over reeds verdwenen aardkorst.
Vooral in West-Australië – Jack Hills – zijn zirkonkristallen gevonden die meer dan 4 miljard jaar oud zijn. De gesteenten waarin ze oorspronkelijk voorkwamen zijn zo goed als overal verdwenen, dus deze kristallen zijn werkelijk de oudste stukjes aardkorst die er nog bestaan. Ze moeten gevormd zijn onder hoge druk door de werking van vroege platentektoniek of eventueel bij inslagen van grote meteorieten. Uit dateringen op basis van uranium-lood en thorium-lood verhoudingen is gebleken dat het alleroudste kristal 4,404 miljard jaar oud is. Ter vergelijking: de Aarde zelf is 4,56 miljard jaar. De inhoud van die oudste kristal werd grondig onderzocht. Zo kon men een inschatting maken van de omgeving waarin het kristal gevormd is, vooral op basis van de zuurstof-isotopen. De onderzoekers kwamen tot het besluit dat het kristal ontstaan is ‘in een vrij rustige waterwereld met relatief lage temperatuur’. Met andere woorden: slechts 160 miljoen jaar na het ontstaan van de Aarde was er al een vaste korst gevormd die met oceaan bedekt was. Een laag vloeibaar water waarvan de temperatuur onder het kookpunt bleef.
Woelige tijden
In die tijd werd de Aarde wel soms heel zwaar gebombardeerd met brokstukken uit de ruimte. Het Zonnestelsel was zich nog aan het vormen, en er waren heel wat botsingen gaande. Heel wat planetoïden zaten in een weinig stabiele baan of op rampkoers met andere objecten. Het puin vloog zowat overal naartoe. Sommige inslagen zouden de bovenlaag (100 meter) van de oceanen ineens kunnen verdampt hebben, en de luchttemperatuur opgedreven hebben tot wel 500°C. Daarna moest de afkoeling opnieuw beginnen. Dat zal nog heviger geweest zijn met de allergrootste botsing. Daarmee bedoelen we de botsing tussen de Aarde en Theia. Theia was naar schatting zo groot als Mars, en deze botsing heeft ons de Maan nagelaten. Desondanks denken we dat de aardkorst en de oceanen zich in 5 miljoen jaar volledig konden herstellen. Later meer over de Maan-vorming.
Zou er toen al leven ontstaan zijn, in die afwisseling van rustiger oceanen en woelige helse tijden? De diepzee was mogelijks een vrij stabiele en veilige plek. Het zou kunnen, maar we weten het echt niet. Eén zeldzame Jack Hills zirkonkristal is gedateerd op -4,10 GA (+/-0,01 GA), en bevat grafiet-koolstof die volledig omsloten is door onbeschadigd kristal. Deze koolstof is dus zeker in die tijd van vorming in het kristal opgenomen. Als je bij dit grafiet gaat onderzoeken wat de verhouding is tussen de istopen 12C en 13C, dan blijkt het het de typische verhouding van levend weefsel bevat. Dit is dus een mooie aanwijzing dat in die oceaan van het Hadeïcum al leven zou kunnen ontstaan zijn. Eenvoudige eencelligen die misschien weer verdwenen zijn door grote meteoorinslagen, waarna het leven opnieuw is ontstaan. Ofwel bleven deze cellen in de diepzee gewoon voortbestaan, en vormden zij dus de voorouders van alle huidige leven op Aarde. Dit soort geheimen kunnen helaas niet onthult worden in het kristalonderzoek.
Een waterwereld
In elk geval was er een vaste korst met een oceaan erop. Uiteenlopend isotopen-onderzoek bevestigd dat overigens, zoals heel goed uitgelegd wordt in het boek “Young Sun, Early Earth and the Origins of Life” van Springer (2012). De Aarde zou in het begin quasi volledig bedekt zijn met water, met hier en daar een vulkaantop boven het wateroppervlak. De korst lag dus onder water en was de eerste honderden miljoenen jaar volledig oceanisch korst. Continentale korst is minder zwaar, en vormt daarom na lange tijd een dik pakket afgeschraapte bovenlaagjes waar het gesteente terug de mantel in duikt. Ondertussen bleef ook de hoeveelheid water toenemen door vulkanische uitgassing van waterdamp en door toevoeging van inslaand waterrijk ruimtepuin. Het ganse Hadeïcum (-4,56 GA tot -3,9 GA) zou de Aarde daarom volledig bedekt blijven met oceaan, weliswaar met veel actieve vulkanen die boven het water uitsteken. Daarna begonnen de continenten groter en groter te worden, maar het duurde lang voor de groot genoeg werden om droog land te vormen boven de steeds diepere zeeën. De eerste anderhalf miljard jaar bleef het landoppervlak veel beperkter dan nu. Maar nadien (Proterozoïcum en fanerozoïcum) is de land/zee verhouding waarschijnlijk niet heel ingrijpend verschillend geweest van de huidige 29%/71%. En dat is maar goed ook, want we zullen verder nog zien dat deze verhouding van belang is voor het vermijden van al te grote en gevaarlijke klimaatschommelingen. Dit is één van de vele factoren waar de leefbaarheid van onze planeet in die 4 miljard jaar altijd is behouden.
Of al dat water nu vooral van het uitgassen van het aardse gesteente kwam of eerder van de miljoenen waterrijke planetoïden en nog waterrijkere kometen die op de jonge Aarde insloegen, is in de wetenschap nog steeds een onbeëindigde discussie. Er zijn heel wat aanwijzingen om aan te nemen dat beide bronnen belangrijk waren. Maar voorlopig kan niemand uitsluitsel geven over de juiste verhoudingen.