Zie je die vallende sterren aan de nachtelijke hemel? Wat als ik je nu vertelde dat deze wonderlijke verschijningen het basisrecept van ons zonnestelsel vormen? Ik heb het over ruimtestof en micrometeorieten, en deze bevatten een schat aan informatie over het ontstaan van onze eigen planeet Aarde …
Als kind staarde ik al vol bewondering naar de nachtelijke hemel. Het ging verder dan enkel kijken. Ik las elk nieuwsbericht over de ruimte. Ik herinner me bijvoorbeeld nog goed dat ik volledig gegrepen was door de explosie van een meteoriet nabij de Russische stad Chelyabinsk in 2013. Zeven jaar later schreef ik mijn masterthesis over meteorieten, zij het wel iets kleinere exemplaren: micrometeorieten.
Elk jaar valt er 40 000 ton buitenaards materiaal op Aarde neer. Dat zijn niet allemaal per se grote rotsblokken uit het heelal – dit soort meteorieten vormen slechts een kleine minderheid van de totale massa meteorieten die jaarlijks neerslaan op Aarde. Het overgrote deel zijn micrometeorieten (met een diameter tussen 10 micrometer en 2 millimeter, zeg maar de grootte van een zandkorrel) en kosmisch stof (kleiner dan 10 micrometer).
Zoeken naar een korrel zand in een... zandberg
Hoe kleiner in diameter, hoe frequenter dit soort meteorieten voorkomen. Ter vergelijking: de Chicxulubmeteoriet – die verantwoordelijk wordt geacht voor de bekende massa-extinctie zo’n 66 miljoen jaar geleden waarbij de niet-vliegende dinosauriërs uitstierven – had een geschatte diameter van op zijn minst 10 kilometer. Een rotsblok uit de ruimte ter grootte van een stad als Brussel dus! On the bright side: van zulke grote meteorieten krijgen we gemiddeld slechts eens om de 100 miljoen jaar bezoek. Gelukkig maar!
Zeer kleine meteorieten zoals micrometeorieten zijn dus het vaakst te vinden. Maar hoe vind je in hemelsnaam deze partikels, die vaak slechts zo groot zijn als een zandkorrel? Het is zoeken naar de spreekwoordelijke naald in de hooiberg, en omgevingen zoals stranden, steden of bossen maken deze zoektocht alleen nog maar ingewikkelder. Bovendien versnelt ons vochtige klimaat de erosie en geleidelijke afbraak van deze deeltjes, waardoor hun samenstelling niet meer exact overeenkomt met die in de ruimte.
Gelukkig zijn er plaatsen op Aarde waar micrometeorieten minder aantasting ondervinden en in meer aanzienlijke concentraties te vinden zijn, zoals zand- en ijswoestijnen. In dit laatste geval is Antarctica een voor de hand liggende keuze. Dankzij het ijskoude Antarctische klimaat blijven deze deeltjes beter bewaard en ondergaan ze een veel langzamere afbraak. Deze plek is als het ware een natuurlijke diepvriezer. Daarnaast is er ook geen menselijke invloed door middel van vervuiling. Het is dan ook niet verwonderlijk dat onderzoekers al verschillende expedities hebben ondernomen naar Antarctica en diverse collecties van micrometeorieten hebben verzameld op dit continent.
Eens in het labo aangekomen, wordt het verzamelde Antarctisch sediment gezeefd in verschillende groottefracties. Hierna worden de micrometeorieten onder een microscoop handmatig geselecteerd uit de rest van het sediment met behulp van een fijne pincet – door hun afgeronde vorm zijn deze te onderscheiden van zand en ander fijn materiaal. Vervolgens worden deze buitenaardse deeltjes geanalyseerd. Met de hulp van gespecialiseerde technieken wordt de chemische samenstelling bepaald. De aanwezigheid van bepaalde concentraties sporenelementen of isotopische samenstellingen kunnen hier dan wijzen op specifieke soorten materiaal, maar ook op chemische veranderingen of veranderingen in textuur die hebben plaatsgevonden bij doorgang door de atmosfeer.
Wanneer een buitenaards deeltje onze dampkring binnenkomt – vaak aan snelheden van vele duizenden kilometers per uur – wordt het opgewarmd door wrijving met de moleculen in onze atmosfeer. In heel wat gevallen loopt de temperatuur bij micrometeorieten zo hoog op, dat het partikel deels of volledig opsmelt. Na voldoende remming door wrijving met de lucht stolt het dan terug tot een vaste massa. Partikels die zo’n volledige smelting hebben ondergaan worden ook wel ‘cosmic spherules’ genoemd.
Bijkomend aan dit proces is ook de verdamping van een aantal elementen, voornamelijk volatiele of ‘vluchtige’ elementen. Doordat je deze onderweg kwijtraakt, worden de resterende, zwaardere of ‘refractaire’ elementen relatief aangerijkt – alsof je al de luchtige slagroom van een taart zou blazen en het resterende deel dus zwaarder op de maag zou vallen. De gemeten concentraties van deze elementen geven dus eigenlijk een vertekend beeld van de originele samenstelling. Om via de chemische samenstelling van cosmic spherules meer te weten te kunnen komen over de vorming van ons zonnestelsel, is het dus van belang om de chemische veranderingen die plaatsvinden in micrometeorieten bij doorgang door onze atmosfeer eerst beter te begrijpen.
In de afgelopen jaren zijn er dankzij niet opgesmolten of slechts licht opgesmolten meteorieten al heel wat wetenschappelijke ontdekkingen gedaan. Bepaalde stalen, achondrieten genoemd, hebben een afwijkende samenstelling, die is veroorzaakt door de vorming van planetaire embryo’s – zeg maar jonge planeten die nog volop gevormd worden. Deze samenstelling kan ons ook meer vertellen over de vorming en evolutie van onze eigen planeet Aarde. Maar er zijn ook al ontdekkingen gedaan die verband houden met het leven hier. Zo is er bijvoorbeeld de ontdekking geweest van aminozuren in bepaalde meteorietstalen – het gaat hier dus om de bouwblokken van proteïnen, die je in elke levensvorm op Aarde terugvindt. Indirect zou het recept voor het leven dus ooit (deels) kunnen zijn aangevoerd vanuit de ruimte …
Wanneer we cosmic spherules stapje per stapje beter begrijpen, kunnen er wellicht nog andere nieuwe, spannende ontdekkingen worden gedaan. Wie weet welke geheimen hebben deze wonderlijke deeltjes nog in petto …
Tom Boonants publiceerde zijn onderzoek dit jaar in Meteoritics & Planetary Science.
