20 oktober 2018

Amsterdamse astronomen poneren theorie voor koolstofarme aarde

Artistieke weergave van een stofschijf rond een ster. De aarde is waarschijnlijk uit zo’n soort stofschijf ontstaan. Credit: ESO/L. Calçada

Sterrenkundigen van de Universiteit van Amsterdam hebben een nieuw scenario bedacht voor het feit dat onze aarde tienduizend keer minder koolstof bevat dan verwacht. Mogelijk 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. De onderzoekers publiceren hun theorie in het vakblad Astronomy & Astrophysics.

Al jarenlang zoeken wetenschappers naar een verklaring voor het feit dat de aarde veel minder koolstof bevat dan verwacht. De aarde bevat per tienduizend atomen silicium 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.

Gangbare verklaring

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 koolstof-arme bouwstenen zou later de aarde ontstaan zijn.

De Amsterdamse sterrenkundigen Lucia Klarmann, Chris Ormel en Carsten Dominik tonen met berekeningen en modellen aan dat de gangbare verklaring geen stand kan houden. 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

De sterrenkundigen komen met een alternatief dat aan twee voorwaarden moet voldoen. Als eerste kunnen de binnengebieden van de stofschijf geroosterd zijn bij temperaturen van boven de achthonderd graden Celsius. Daardoor verbrandt het koolstof en is het verdwenen. Zo’n tijdelijke roostering, een FU-Orionis Outburst, is al vaker bij andere sterren gezien. Als tweede zoude aanvoer van koolstofrijke kiezels geblokkeerd moeten zijn door Jupiter.

Volgens hoofdonderzoekster Lucia Klarmann, die op 4 oktober hoopt te promoveren, laten de nieuwe modellen en berekeningen zien dat een koolstofarme 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 echt zien.”

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 voordat de aarde ontstond. Bron: Astronomie.nl.

Reacties

  1. Obsidia zegt:

    Is voor het verbranden van koostof dan geen zuurstof nodig?
    Atomen verdwijnen toch niet zomaar in het niets als het warm wordt.

  2. Ja, da’s een goede vraag. Ik denk dat voor dit soort ‘verbranding’ in de ruimte van koolstof geen zuurstof nodig is. Het zal een ander (chemisch) proces zijn dan de verbranding die wij kennen.

    • In het artikel “worden letterlijk “Oxidation and Photolysis” als methoden genoemd.
      En Oxidation (oxidatie) is nu precies verbranding door een reactie aan te gaan met zuurstof! (Niks anders!) Fotolyse is een proces waardoor verbindingen d.m.v. straling (bv UV) worden afgebroken.

      Ik vergelijk dat met een manier waarop bv Kalk(CaCO3) wordt omgezet in Ongebluste Kalk(CaO)
      https://nl.wikipedia.org/wiki/Calciumoxide
      De kalk-moleculen worden warm gestookt, waardoor het zich splitst in Kooldioxide en Calciumoxide. Het Kooldioxide verdampt en je houdt slechts calciumoxide over.
      [ Volgens Wikipedia is dit een bekend proces, welke de romeinen al kenden. En wat schetst mijn verbazing? : De reactie temperatuur ! -> 840 graden Celsius. 😀 ]

      Volgens onze wetenschappers kende Moeder Natuur het proces ook al, minimaal 4,5 miljard jaar geleden. 😉
      Voor de benodigde hitte/energie zou ze flink wat fotonen hebben gebruikt:
      – Door Koolstofrijke verbindingen aan te stralen (Fotolyse) breken deze verbindingen op in kleine reactieve componenten ( bv radicalen, atomen en moleculen ).
      – Koolstof-radicalen zouden prima met zuurstof-moleculen of zuurstof-radicalen kunnen reageren tot Koolmonoxide, Kooldioxide (of misschien radicalen/ionen daarvan) .
      – Vervolgens zouden dezen door een soort van zonnewind (was dat er al?) kunnen worden weggeblazen naar hogere banen, kennelijk voorbij Jupiter/Saturnus.
      [ Heb ik daar niet eens een artikel op AB gelezen dat die toen een baan hadden nog voorbij het huidige Pluto? ]

      Ik moet zeggen dat de wetenschappers wel weer wat interessants uit de hoed getoverd hebben, maar deze theorie gaat kennelijk alleen op :
      – als de grote planeten er waren voor dat Aarde werd gevormd, want anders had de Koolstof, in wat voor vorm dan ook terug kunnen vallen op de proto-Aarde.
      – En geldt dit raffinage proces niet alleen voor Koolstof, maar ook andere gas-vormende elementen ? Zuurstof, Waterstof, Stikstof, Halogenen, Edelgassen, Zwavel, Fosfor maar ook Natrium, Kalium, Lithium en Berillium en Boor? Zijn deze elementen in de verhouding met Silicium op Aarde ook minder aanwezig.
      En hoe zit dat met de verdeling op Venus en Mars?
      – En hoe komt het dat er op Aarde toch nog voldoende Koolstof, Waterstof en Zuurstof aanwezig is om leven te ondersteunen, zelfs hele Oceanen van vloeibaar water(H2O) aan het oppervlak zitten?

      Of zit alle Aardse Koolstof gewoon verstopt in de Aardkern: is die niet van IJzer (en Nikkel) maar van staal?

      Groet, Paul

      NB Ik dacht eerst ook aan een ‘sublimatie van Koolstof’ (dus zuurstofloos), maar daar zijn veel hogere temperaturen voor nodig. ~4000 K

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.