Nieuwe techniek om leeftijd te bepalen zal een nieuw tijdperk van planetaire wetenschap openen, zeggen onderzoekers

Het komende decennium zal naar verwachting een ware bonanza brengen voor de wetenschap van planeten: ruimtemissies zijn gepland om rotsmonsters van de maan, Mars, de Marsmaan van Phobos en een primitieve asteroïde terug te brengen. En wetenschappers zeggen dat er een nieuwe techniek is om de leeftijd van rotsen, meteorieten en zelfs artefacten te bepalen, die zou kunnen helpen een nieuw tijdperk van ontdekking te openen.

Een groep met de Universiteit van Chicago en het Field Museum of Natural History testte een instrument gemaakt door Thermo Fisher Scientific op een stuk van een Mars-meteoriet met de bijnaam ‚Black Beauty‘ en kon het snel en nauwkeurig dateren door het met een kleine laser te onderzoeken straal – een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere technieken, die veel meer werk met zich meebrachten en delen van het monster vernietigden.

„We zijn erg enthousiast over deze demonstratiestudie, omdat we denken dat we dezelfde benadering zullen kunnen gebruiken om gesteenten te dateren die in de toekomst door meerdere ruimtemissies zullen worden geretourneerd“, zegt Nicolas Dauphas, de Louis Block Professor of Geophysical Sciences aan de Universiteit van Chicago en eerste auteur van een studie waarin de resultaten worden uiteengezet. „Het volgende decennium zal verbluffend zijn op het gebied van planetaire verkenning.“

Rots der eeuwen

Wetenschappers gebruiken al meer dan een eeuw isotopen om de leeftijd van exemplaren te schatten. Deze methode maakt gebruik van het feit dat bepaalde typen elementen onstabiel zijn en langzaam en voorspelbaar in andere typen zullen veranderen. In dit geval wijzen wetenschappers op het feit dat rubidium-87 zal veranderen in strontium-87 – dus hoe ouder het gesteente is, hoe meer strontium-87 het zal hebben.

Rubidiumdatering kan worden gebruikt om de ouderdom te bepalen van gesteenten en objecten die miljarden jaren oud zijn; het wordt veel gebruikt om te begrijpen hoe de maan, de aarde en het zonnestelsel zijn gevormd, om het magma-leidingsysteem onder vulkanen te begrijpen en om menselijke migratie en handel in archeologie te traceren.

Voorheen kostte de manier om deze meting uit te voeren echter weken – en zou een deel van het monster worden vernietigd.

Om die tests met de conventionele methode uit te voeren, „neem je je stuk steen, verpletter het met een hamer, los de mineralen op met chemicaliën en gebruik een speciaal ultraschoon laboratorium om ze te verwerken, en breng het dan naar een massaspectrometer om te meten de isotopen, „verklaarde co-auteur Maria Valdes, een postdoctoraal onderzoeker in het Robert A. Pritzker Center for Meteorics and Polar Studies in het Field Museum of Natural History.

Maar Thermo Fisher Scientific ontwikkelde een nieuwe machine die beloofde de tijd, de toxiciteit en de hoeveelheid vernietigde monsters tijdens het proces aanzienlijk te verminderen. Het gebruikt een laser om een ​​klein deel van het monster te verdampen – het gecreëerde gat heeft de grootte van een enkel menselijk haar – en analyseert vervolgens de rubidium- en strontiumatomen met een massaspectrometer die nieuwe technologische ontwikkelingen gebruikt om strontiumisotopen netjes te meten.


Dauphas, Valdes en verschillende andere medewerkers wilden de nieuwe techniek testen – en ze hadden een perfecte kandidaat: een stuk meteoriet dat vanaf Mars op aarde landde.

Deze specifieke meteoriet heeft de bijnaam „Black Beauty“ vanwege zijn prachtige donkere kleur. Het is bezaaid met lichtere fragmenten die zelfs oudere rotsen vertegenwoordigen die in de rots zijn ingebed.

Deze fragmenten werden echter veel later in de geschiedenis van Mars opgerold tot een andere rots. Het is een beetje zoals wanneer je koekjes bakt, legt Valdes uit; de chocoladeschilfers en noten zijn op verschillende tijdstippen en plaatsen gemaakt, maar alle componenten komen samen als je het koekje bakt.

Wetenschappers willen weten hoe oud allemaal van deze stappen onderweg, omdat de samenstelling van elke set hen vertelt hoe de omstandigheden op Mars destijds waren, inclusief de samenstelling van de atmosfeer en de vulkanische activiteit op het oppervlak. Ze kunnen deze informatie gebruiken om een ​​tijdlijn van Mars samen te stellen.

Tot dusverre werden echter delen van het verhaal betwist; verschillende onderzoeken hadden verschillende antwoorden opgeleverd voor het tijdperk waarin alle componenten van Black Beauty samenkwamen en één rots vormden – dus de wetenschappers dachten dat de meteoriet een perfecte kandidaat zou zijn om de mogelijkheden van de nieuwe techniek te testen. Ze namen een monster van Black Beauty mee naar Duitsland om het uit te proberen.

In een kwestie van uren in plaats van weken, gaf het instrument zijn antwoord terug: 2,2 miljard jaar oud. Het team denkt dat dit het moment vertegenwoordigt waarop het samensmolt tot zijn definitieve vorm.


Wat meer is, om de test uit te voeren, waren de wetenschappers in staat om het hele stuk meteoriet in de machine te plaatsen en vervolgens precies een kleine plaats te selecteren om de leeftijd te testen. „Dit was een bijzonder goed hulpmiddel om deze controverse op te lossen“, zei Dauphas. “Als je een stuk steen uitsnijdt om op de oude manier te testen, is het mogelijk dat er andere fragmenten tussen komen, wat van invloed kan zijn op je resultaten. Met de nieuwe machine hebben we dat probleem niet.”

De techniek zou op veel gebieden zeer nuttig kunnen zijn, maar Dauphas en Valdes zijn er vooral in geïnteresseerd om alles te begrijpen, van de geschiedenis van water op het oppervlak van Mars tot hoe het zonnestelsel zelf is gevormd.

In het komende decennium verwachten wetenschappers een overvloed aan nieuwe monsters van andere plaatsen dan de aarde. De VS en China plannen nieuwe missies naar de maan; een missie om een ​​asteroïde genaamd Bennu te onderscheppen zal in 2023 landen met ladingen vuil die van het oppervlak zijn geschept; een andere missie zal in 2027 monsters van de maan Phobos van Mars terugbrengen; en tegen het begin van de jaren 2030 hoopt NASA monsters terug te brengen die de Perseverance-rover nu op Mars verzamelt.

Met al deze monsters verwachten wetenschappers veel meer te weten te komen over de planeten en asteroïden om ons heen.

„Dit is een enorme vooruitgang“, zei Dauphas. “Er zijn veel kostbare meteorieten en artefacten die je niet wilt vernietigen. Zo minimaliseer je de impact die je hebt tijdens je analyse enorm.”

De meteoriet werd geleverd door het Robert A. Pritzker Center for Meteoritics and Polar Studies van het Field Museum of Natural History. Andere aan UChicago gelieerde wetenschappers op het papier waren Timo Hopp, Zhe Zhang, Phillip Heck, Bruce LA Charlier en Andrew Davis. De andere co-auteurs van de studie waren die van Thermo Fisher Scientific, Victoria University of Wellington in Nieuw-Zeeland, de University of California Los Angeles en Washington University in St. Lodewijk.

Citaat: “In situ 87Rb-87Sr-analyses van terrestrische en buitenaardse monsters door LA-MC-ICP-MS/MS met dubbele Wien-filter en botsingsceltechnologieën.” Dauphas et al, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, okt. 10, 2022.

Financiering: NASA, National Science Foundation, US Department of Energy.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert