Door kleine maankristallen te analyseren die in 1972 door Apollo 17-astronauten werden verzameld, hebben onderzoekers de leeftijd van de maan op aarde herberekend. Hoewel eerdere schattingen de Maan op 4,425 miljard jaar oud schatten, ontdekte het nieuwe onderzoek dat de Maan in werkelijkheid 4,46 miljard jaar oud is. Dit is dus 40 miljoen jaar ouder dan eerder werd gedacht. Het onderzoek werd geleid door onderzoekers van het Field Museum en de Universiteit van Glasgow en werd mogelijk gemaakt door de atom-probe tomografie faciliteit van de Northwestern University, die de leeftijd van het oudste kristal in het monster "vastlegde".
Door de leeftijd van deze zirkoonkristallen te onthullen - die verborgen zaten in stof dat bij de maan was verzameld - konden onderzoekers de tijdlijn van de vorming van de maan in kaart brengen. Het onderzoek werd 23 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Geochemical Perspectives Letters. "Dit onderzoek is een bewijs van de enorme technologische vooruitgang die we hebben geboekt sinds 1972, toen de laatste bemande maanmissie terugkeerde naar de aarde," zei Dieter Isheim van Northwestern, die meeschreef aan het onderzoek. "Deze monsters werden een halve eeuw geleden naar de aarde gebracht, maar pas vandaag hebben we de nodige instrumenten om microanalyses uit te voeren op het vereiste niveau, waaronder atom-probe tomografie."
De atoom-voor-atoom analyse stelde de onderzoekers in staat om te tellen hoeveel atomen in de zirkoonkristallen radioactief verval hebben ondergaan. Wanneer een atoom verval ondergaat, stoot het protonen en neutronen af om in verschillende elementen te veranderen. Uranium vervalt bijvoorbeeld in lood. Omdat wetenschappers hebben vastgesteld hoe lang het duurt voordat dit proces zich voltrekt, kunnen ze de leeftijd van een monster bepalen door naar de verhouding uranium- en loodatomen te kijken. "Radiometrische datering werkt een beetje als een zandloper", zegt Philipp Heck van het Field Museum, senior auteur van het onderzoek. "In een zandloper stroomt zand van de ene glazen bol naar de andere, waarbij het verstrijken van de tijd wordt aangegeven door de ophoping van zand in de onderste bol. Radiometrische datering werkt op dezelfde manier door het aantal moederatomen te tellen en het aantal dochteratomen waarin ze zijn getransformeerd. Het verstrijken van de tijd kan dan worden berekend omdat de transformatiesnelheid bekend is."
Isheim is onderzoekshoogleraar materiaalwetenschappen en engineering aan de Northwestern McCormick School of Engineering en manager van het Northwestern Center for Atom-Probe Tomography (NUCAPT). David Seidman, Walter P. Murphy emeritus hoogleraar materiaalwetenschappen en engineering aan McCormick en oprichter van NUCAPT, is ook co-auteur van het onderzoek. Heck is de Robert A. Pritzker Curator voor meteorieten en poolstudies van het Field Museum, senior directeur van het Negaunee Interactive Research Center en professor aan de Universiteit van Chicago. Jennika Greer, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Glasgow, is de hoofdauteur van het onderzoek. Toen het onderzoek begon, was ze promovenda in het laboratorium van Heck.
Meer dan 4 miljard jaar geleden, toen het zonnestelsel nog jong was en de aarde nog groeide, stortte een gigantisch object ter grootte van Mars op de aarde neer. Een kolossale brok brak van de Aarde af om de Maan te vormen en de energie van de inslag smolt het gesteente dat uiteindelijk het oppervlak van de Maan werd. "Toen het oppervlak zo gesmolten was, konden zirkoonkristallen zich niet vormen en overleven," zei Heck. "Dus alle kristallen op het maanoppervlak moeten gevormd zijn nadat deze maanmagma-oceaan is afgekoeld. Anders zouden ze zijn gesmolten en zouden hun chemische kenmerken zijn uitgewist."
Omdat de kristallen moeten zijn gevormd nadat de magma-oceaan was afgekoeld, zou het bepalen van de leeftijd van de zirkoonkristallen de minimaal mogelijke leeftijd van de maan onthullen. Maar om de maximale leeftijd van de Maan vast te stellen, wendden de onderzoekers zich tot de atomaire sondetomografie-instrumenten van Northwestern. "Bij atomaire tomografie beginnen we met het slijpen van een stukje maanmonster tot een zeer scherpe punt, met behulp van een gefocusseerde ionenbundelmicroscoop, bijna als een zeer luxe puntenslijper," zei Greer. "Vervolgens gebruiken we UV-lasers om atomen van het oppervlak van die punt te verdampen. De atomen gaan door een massaspectrometer en hoe snel ze bewegen vertelt ons hoe zwaar ze zijn, wat ons weer vertelt waar ze van gemaakt zijn." Na het bepalen van de materialen in het monster en het uitvoeren van radiometrische datering, concludeerden de onderzoekers dat de oudste kristallen ongeveer 4,46 miljard jaar oud zijn. Dat betekent dat de Maan minstens zo oud moet zijn.
Het is belangrijk om te weten wanneer de Maan is gevormd, zegt Heck, want "de Maan is een belangrijke partner in ons planetenstelsel. Zij stabiliseert de draaias van de Aarde. Zij is de reden dat er 24 uur in een dag zitten. Het is de reden dat we getijden hebben. Zonder de maan zou het leven op aarde er anders uitzien. Het is een deel van ons natuurlijke systeem dat we beter willen begrijpen en onze studie levert een klein puzzelstukje in dat hele plaatje."
Bron: Northwestern University
