Zuurstof is essentieel voor het leven op Aarde. Experimenten door onderzoekers van de VU en het Centre for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) uit China laten nu zien dat zuurstof ook essentieel is voor het smelten van gesteenten. Hoe meer zuurstof je aan een gesteente toevoegt, hoe makkelijker je magma kunt maken.
De resultaten van het onderzoek zijn op 1 november gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Deze nieuwe inzichten kunnen leiden tot een nieuwe interpretatie van de rol van zuurstof in het inwendige van planeten en de rol van zuurstof bij het veroorzaken van vulkaanuitbarstingen.
Grote verschillen in zuurstofgehalte
Op Aarde is er een enorm verschil in het gehalte zuurstof tussen de atmosfeer en het midden van de Aarde: de atmosfeer is rijk aan zuurstof, de Aardkern arm aan zuurstof. In de gesteenten tussen de atmosfeer en de kern varieert het gehalte. Het belang van die verschillende gehaltes zuurstof is volgens veel aardwetenschappers niet zo groot. Verschillen worden vooral in verband gebracht met het effect van zuurstof op het oxideren of reduceren van ijzer (dat in veel stenen voorkomt). Als een steen veel zuurstof bevat, is ijzer geoxideerd (zoals je ziet in roest), als er weinig zuurstof is, kan ijzer als metaal aanwezig zijn (net als in een stalen balk).
De experimenten die Yanhao Lin (HPSTAR en sinds kort Veni-onderzoeker aan de VU), Wim van Westrenen (VU Aardwetenschappen en HPSTAR) en Dave Mao (HPSTAR) aan de VU hebben gedaan, laten een ander effect van hoge zuurstofgehaltes zien. Stenen die rijk zijn aan zuurstof smelten veel gemakkelijker (bij veel lagere temperaturen, tot wel 100 graden) dan stenen die arm aan zuurstof zijn. De experimenten zijn gedaan aan synthetische stenen die helemaal geen ijzeratomen bevatten, dus dit effect wordt niet door oxideren van ijzer veroorzaakt, maar door de zuurstofatomen zelf.
Vulkanisme
De studie maakt duidelijk dat huidige modellen over vulkanisme op Aarde, zoals de laatste maanden op La Palma, onvolledig zijn. De effecten van zuurstofgehalte op smeltgedrag van Aardse gesteenten zijn op dit moment onbekend. Vervolgonderzoek waar het team onderzoekers momenteel mee bezig is, suggereert dat ook Aardse gesteenten veel makkelijker smelten als er veel zuurstof aanwezig is. Dit zou kunnen betekenen dat niet alleen de temperatuur van een steen bepaalt of er magma geproduceerd wordt, maar dat zuurstofgehalte een heel belangrijke parameter kan zijn. Zuurstof kan dus stenen tot leven wekken.
Exoplaneten
Deze resultaten werpen ook nieuw licht op de evolutie van exoplaneten (planeten die rond andere sterren dan onze eigen zon draaien). De experimenten laten zien dat exoplaneten met veel zuurstof een kleine metalen kern zullen hebben (want weinig ijzer is gereduceerd) en bedekt kunnen worden met een diepe oceaan van magma (omdat gesteenten gemakkelijk smelten).
Door ontgassen van de grote hoeveelheden magma zal hun atmosfeer bestaan uit grote hoeveelheden zuurstofrijke gassen zoals bijvoorbeeld CO2 en waterdamp. Exoplaneten met weinig zuurstof hebben een grote metalen kern en smelten maar voor een klein deel. Er vindt maar weinig ontgassing plaats en hun dunne atmosfeer zal vooral bestaan uit kleine hoeveelheden zuurstofarme gassen zoals CH4 (methaan).
Geplande ruimtemissies zoals de lancering van de James Webb-telescoop in december van dit jaar zullen in de komende tjid veel nieuwe exoplaneten ontdekken en ook analyses kunnen doen aan hun atmosferen. Die gegevens kunnen ons meer vertellen over de planeten die zich onder die atmosfeer bevinden.