Sterrenkundigen komen met nieuwe theorie over koolstofarme aarde

2 oktober 2018

Sterrenkundigen van de Universiteit van Amsterdam hebben een nieuwe verklaring bedacht voor het feit dat onze aarde tienduizend keer minder koolstof bevat dan verwacht. Volgens Lucia Klarmann, Chris Ommel en Carsten Dominik van het Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde verbrandde er veel koolstof toen de omgeving van de aarde-in-wording geroosterd werd bij temperaturen van meer dan 800 graden Celsius. Tegelijkertijd werd de aanvoer van koolstof waarschijnlijk geblokkeerd door Jupiter.

Al jarenlang zoeken wetenschappers naar een verklaring voor het feit dat de aarde veel minder koolstof bevat dan verwacht. Per tienduizend atomen silicium bevat de aarde slechts één atoom koolstof. Bij de zon, de kometen en de ruimte tussen de sterren en planeten ligt die verhouding compleet anders. Daar is er juist evenveel of zelfs tien keer meer koolstof dan silicium.

Beeld van een stofschijf.

Stofschijf. Beeld: ESO

De gangbare verklaring voor het koolstofgebrek van de aarde is dat koolstof geleidelijk verdween uit de stofschijf waaruit de aarde ontstond. Stofdeeltjes met koolstof zouden zo licht zijn dat ze af en toe boven de stofschijf vliegen en door hitte en straling hun koolstof verliezen. Uit deze koolstofarme bouwstenen zou later de aarde ontstaan zijn.

Lucia Klarmann, Chris Ormel en Carsten Dominik tonen met berekeningen en modellen aan dat deze gangbare verklaring onwaarschijnlijk is. Ten eerste zit het meeste koolstof niet op lichte stofdeeltjes, maar in zware kiezels die niet zomaar bovenin de stofschijf kunnen terechtkomen. Ten tweede duurt het te lang voordat een klein stofdeeltje omhoog is getransporteerd. In de tussentijd is er allang nieuw koolstof aangevoerd van de randen van de schijf.

Alternatief scenario

De sterrenkundigen komen met een alternatief scenario, gebaseerd op twee voorwaarden. Ten eerste kunnen de binnengebieden van de stofschijf waarin de aarde werd gevormd geroosterd zijn bij temperaturen van boven de achthonderd graden Celsius. Daardoor verbrandt het koolstof en is het verdwenen. Zo'n tijdelijke roostering, een zogenoemde FU-Orionis Outburst, is al vaker bij andere sterren gezien. Ten tweede zou de aanvoer van koolstofrijke kiezels geblokkeerd moeten zijn door Jupiter.

Volgens hoofdonderzoekster Klarmann, die op 4 oktober hoopt te promoveren, laten de nieuwe modellen en berekeningen zien dat een koolstof-arme aarde mogelijk uitzonderlijk is. "Dit betekent ook dat andere aardachtige planeten misschien juist veel koolstof bevatten. Dat is al wel eerder geopperd, maar wij laten dat nu ook met onze modellen zien."

Nader onderzoek

In de toekomst willen de onderzoekers hun scenario nader onderzoeken. Ze willen bijvoorbeeld kijken of één roostering volstaat voor het koolstoftekort op aarde. Ook willen ze berekenen hoeveel eerder Jupiter gevormd moet zijn dan de aarde, om de aanvoer van nieuwe koolstof daadwerkelijk te kunnen hebben tegengehouden.

Publicatie

Radial and vertical dust transport inhibit refractory carbon depletion in protoplanetary disks. L. Klarmann, C. W. Ormel, C. Dominik.

Het artikel verschijnt binnenkort in het vakblad Astronomy & Astrophysics. Het is wel al beschikbaar op ArXiv: https://arxiv.org/abs/1809.01648

Bron: NOVA

Gepubliceerd door  Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica