Delen:
10 Microscopische overzichten van gebeurtenissen met enorme gevolgen voor de aarde
De aarde is heel oud en heel groot, maar bevat veel microscopische details die zich over de aionen hebben verzameld. De technologie van vandaag kan ons een fantastisch beeld geven van kleine dingen die achterbleven na massale menselijke en natuurlijke gebeurtenissen in het verleden of die de hele planeet nog steeds soepel laten draaien vandaag.
10 A Bevriezing van de vorming van het zonnestelsel
Dit is een dun gedeelte van een vier-en-een-half miljard jaar oude meteoriet. De ronde klodders, chondrules genaamd, zijn de reden waarom deze meteorieten chondrieten worden genoemd. Tegenwoordig laten chondrieten wetenschappers precies zien hoe de aarde en de rest van het zonnestelsel zich vormden.
Chondrieten zijn letterlijk ouder dan vuil. Ze vormden toen het zonnestelsel slechts een wolk van interstellair stof was, waarvan sommigen in chondrulen smolten. De rest begon samen te klonteren in grotere en grotere objecten met steeds meer zwaartekracht. Dit werd een uit de hand gelopen proces dat eindigde toen het centrum van de wolk verlicht werd als een ster - onze zon. Wat er van het stof en de chondrulen overbleef, werd planeten, manen, asteroïden en kometen.
Daarna waren alle planeten en de meeste manen groot genoeg om zich op eigen kracht verder te ontwikkelen. Geen van hun oorspronkelijke materiaal wordt aan wetenschappers overgelaten om vandaag te studeren, en daarom zijn chondrieten zoals de hierboven getoonde zo belangrijk.
Asteroïden en een paar andere objecten waren te klein om zich te blijven ontwikkelen en bleven miljarden jaren in het zonnestelsel rondhangen, af en toe opbreken en naar de aarde vallen. Nu weten wetenschappers dat de hierboven getoonde heldere chondrulen zijn ingebed in materiaal uit de oorspronkelijke interstellaire stofwolk, die zwart lijkt in de bovenstaande afbeelding, gevangen in de handeling van het vormen van een heel zonnestelsel.
9 Mogelijke bouwstenen voor het leven in de ruimte
Dit wazige, schijnbaar onscherpe beeld is het equivalent in de praktijk van die chemische formules die je in tekstboeken hebt gezien. Het werd genomen met een instrument met een geweldige naam - 'contactloze atomische krachtmicroscoop' - en toont koolstof- en waterstofatomen die samen binden in drie benzeenringen.
Astrobiologen houden van de zeszijdige benzeenringstructuur omdat deze kan worden gevormd tot veel verschillende soorten moleculen die waarschijnlijk in de ruimte worden aangetroffen, met name polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's). Deze en andere organische moleculen op basis van koolstof vormen ongeveer de helft van de stof- en gaswolken die tussen de sterren drijven.
Omdat het leven op aarde ook op koolstof is gebaseerd, kun je je afvragen of het oorspronkelijk afkomstig was van die interstellaire organische moleculen. Niemand weet het zeker, maar NASA-onderzoekers hebben een spannende ontdekking gedaan tijdens het bestuderen van PAK's. Ze hebben pyrimidine, een materiaal dat lijkt op PAK's, blootgesteld aan omstandigheden in het lab die de barre omgeving van de ruimte nabootsen. Het resultaat: vorming van uracil, cytosine en thymine, drie materialen gevonden in het genetisch materiaal van al het leven op aarde.
Op een dag zullen experts uitzoeken hoe het leven op aarde begon. Wat we wel weten is dat toen het eenmaal begon, het leven een reeks van massa-uitstervingen had. Misschien is de ergste uitsterving ooit veroorzaakt door een heel klein wezen genaamd ...
8 Cyanobacteriën: de cellen die eerst zuurstof aan de aarde gaven
Deze foto is precies hoe het eruit ziet: een bosje bacteriecellen gezien door een microscoop. Dit schepsel stond vroeger bekend als blauwgroene algen, maar wordt nu de naam van cyanobacteriën genoemd. De eerste Het verbazingwekkende van deze cellen is dat ze een miljard jaar oud zijn. Wetenschappers hebben ze uit de miljard jaar oude geologische formaties gegraven in Australië, waar ook 29 andere soorten zijn gevonden.
Hoe kunnen bacteriën fossielen achterlaten? Cyanobacteriën zijn groter dan de meeste bacteriën en hebben dikke celwanden. Ze leven in matten die zich opstapelen tot gelaagde structuren genaamd stromatolieten en oncolieten. Oude stromatolieten onthullen soms gefossiliseerde cyanobacteriën zoals in deze microfoto, wanneer ze worden gesneden in extreem dunne plakjes.
Een nog verbazingwekkender feit is dat zonder die cyanobacteriën in het beeld en vele anderen zoals zij, het leven zoals we het nu niet meer zouden bestaan. In zijn jeugd leek de aardse atmosfeer op de smogige lucht op Saturnusmaan Titan. Het was giftig voor het moderne leven, maar sommige microben, waaronder cyanobacteriën, konden het aan. Toen, ongeveer 2,3 miljard jaar geleden, ontwikkelden cyanobacteriën het vermogen om van het zonlicht te leven via fotosynthese. Een neveneffect van fotosynthese is zuurstof, wat dodelijk was voor microben die de voorkeur gaven aan smog. Omdat er enorme aantallen cyanobacteriën waren, veranderde de Great Oxygenation-gebeurtenis de atmosfeer van de planeet en veroorzaakte waarschijnlijk de grootste massa-extinctie van de aarde. Het heeft echter ook de weg geëffend voor de dieren en planten van vandaag.
Op dit moment wordt alleen geraden dat cyanobacteriën de smogwezens hebben gedood, maar we weten wel dat er ooit een gebeurtenis was die de Grote Dood werd genoemd, waarin bijna al het leven van de Aarde verging. Een reden voor die massale uitsterving was ...
7 De Siberische vallen
Dit is wat geologen een dunne sectie noemen, omdat het, nou ja, een heel dun stuk rots is. Als je het bekijkt met een microscoop met gepolariseerd licht, kunnen verschillende mineralen op kleur worden geïdentificeerd. (Ook maken dunne secties Super goed steenkunst!)
Dit is een dunne sectie van leucocratische gabbro. Het witte gedeelte van de afbeelding is de minerale plagioklaas en de blauwe is amfibool. Merk op hoe de mineralen allemaal samenklonteren; ze zijn blijkbaar gevangen in een stroom zwart materiaal dat we ons kunnen voorstellen traag rollend, zoals Hawaiiaanse lava, van links naar rechts in dit beeld.
Dit was eigenlijk een keer een lava in Hawaïaanse stijl en het begon op een dag ongeveer 250 miljoen jaar geleden uit de grond te gieten in wat nu Siberië is. De overstroming van de Siberische vallen vond plaats tijdens de Perm periode op dezelfde algemene tijd als het grootste bekende massale uitsterven van de aarde. De basaltvloed duurde een miljoen jaar. Dat is een hoop van de lava-geologen schatten dat het Europa zou begraven tot een diepte van meer dan 1 kilometer (0,6 mi).
Het was geen goed nieuws voor het leven op aarde. Terwijl waarschijnlijk andere factoren betrokken waren bij de Grote Stervende, blokkeerden dampen en as van deze uitbarsting het zonlicht, en giftige gassen ontsnapten uit de lava om zowel lucht als zee te vervuilen. Gedurende deze periode is naar schatting 93-97 procent van al het leven verdwenen.
Sommigen zeggen dat de vloed werd veroorzaakt door een mantelpluim; anderen denken dat het te maken had met platentektoniek. De Siberische lava zegt niet; de eens dodelijke kristallen zitten daar gewoon en glanzen naar ons.
De aarde doorloopt cycli van leven en dood. Een deel ervan wordt vastgelegd in stenen, maar de atmosfeer laat geen record achter. Of toch?
6 Aardse atmosfeer 420.000 jaar geleden
Die kleine luchtbelletjes stijgen niet op in water. Ze zijn bevroren in ijs dat honderdduizenden jaren oud is. Analyse van de lucht vertelt wetenschappers veel over het oude klimaat van de aarde, hoe het in de loop van de tijd is veranderd en hoe het in de toekomst kan veranderen.
Dus hoe komt lucht in het ijs en hoe kan het worden gedateerd? Sneeuwkristallen vangen lucht op als ze naar de aarde vallen. Als de sneeuw niet smelt, verandert deze in ijsijs met luchtbellen. Alles blijft in dezelfde verticale positie ten opzichte van al het andere. Gletsjers bewegen soms horizontaal, vloeiend over het land, maar hun interieurs blijven stabiel. Daarom kunnen wetenschappers vertellen hoe oud verschillende horizontale gletsjerlagen zelfs zijn zonder koolstofdatering - de jongste lagen staan altijd bovenaan. Dat is hoe experts weten dat bellen zoals deze, gevonden in ijskernen van Antarctica en Groenland, lucht bevatten die maar liefst 420.000 jaar oud is.
Veranderingen in de hoeveelheid kooldioxide in de lucht kunnen het klimaat zeker beïnvloeden. Dat is een grote zorg vandaag, maar gelukkig helpt een klein zeedier ons ermee om te gaan.
5 Een Major Carbon Recycler
Dat is geen satellietbeeld van een bos met een weg eromheen. Het is een microscopisch beeld van Alteromonas, een recent ontdekte bacterie die een grote rol speelt bij het vasthouden van koolstofdioxide (CO2) onder controle.
Koolstof bestaat overal op aarde. Het is aanwezig in de lucht in een delicate balans die de oceanen van de planeet helpen beheersen. Zeewater absorbeert en geeft atmosferische CO vrij2. Plankton eet de koolstof die wordt opgenomen. Wanneer ze sterven, zinken hun lichamen naar de lagere diepten van de oceaan, waar bacteriën ze opeten. Deze bacteriën laten vervolgens CO vrij2, die uiteindelijk teruggaat naar de atmosfeer van de aarde.
Dat is tenminste wat wetenschappers denken dat er aan de hand is. Het grootste deel van het proces gebeurt mijlen onder de oceaan, waar onderzoekers het niet kunnen waarnemen. Men geloofde ooit dat er veel verschillende bacteriën bij betrokken zijn. Het is echter onlangs ontdekt dat een single Alteromonas stam eet net zo veel als een hele gemeenschap van andere organismen. De ontdekking maakt het een stuk eenvoudiger voor wetenschappers om modellen te maken van carbon cycling van de oceaan. Het enige wat ze moeten doen is hun berekeningen baseren op de Fat Albert van de zee.
4 Negen-miljoen-jaar-oude planten
Planten helpen de atmosfeer ademend te houden. De bovengenoemde stukken waren flits-gefossiliseerd tijdens een meteorieteffect miljoenen jaren geleden. Wetenschappers hadden geen idee dat organisch materiaal zoveel hitte kon weerstaan. Dankzij deze ontdekking weten we nu dat het mogelijk is dat het leven op Mars, als het ooit heeft bestaan, op dezelfde manier is bewaard.
Dit is wat er gebeurde: een reeks van zeven verschillende ruimtevoorwerpen stortte neer in wat nu Argentinië is, met de laatste gevolgen ongeveer negen miljoen jaar geleden. De grond daar was bedekt met een poederachtige grond, löss genaamd, die snel smolt en in glas veranderde. Experts hebben een reeks tests uitgevoerd; na vele knapperige mislukkingen, ontdekten ze dat bij temperaturen van meer dan 1480 graden Celsius het water in de buitenlagen van een plant genoeg warmte absorbeert om de delicate binnenstructuren te beschermen. Iets soortgelijks gebeurt wanneer u voedsel frituurt.
Mars is ook bedekt met löss en heeft veel impactkraters. Het heeft al miljarden jaren geen rivieren en oceanen gehad, maar vroeger wel. Het leven had daar kunnen bestaan, en het is heel goed mogelijk dat het oude Martiaanse leven bewaard kon zijn in impactglas, net zoals deze aardeplanten.
3 A Freeze-Frame van 's werelds grootste recente vulkaanuitbarsting
Dit kan lijken op een close-up van Van Gogh's Sterrennacht, maar het is echt een ander geologisch dun gedeelte van vulkanisch gesteente. Er is hier geen versmering, maar veel scherpe randen in plaats daarvan. Dit was een gewelddadige uitbarsting, geen vloeiende, Hawaïaanse stroming.
Die grotere brokken zijn clasts-gebroken minerale fragmenten. Ze zijn ingebed in verpulverde rots die om hen heen stroomt. Kijk goed, en je ziet donkere leegtes in de poedervormige steen die zich uitstrekken als getrokken, hete taffy.
Dit is een klein stukje van de Toba-supereruptie van zo'n 75.000 jaar geleden. Het was de bekendste uitbarsting van de aarde tijdens de menselijke geschiedenis, waarbij 2.900 kubieke kilometer (700 mijl) magma en drie biljoen kilogram zwavel in de lucht werden geblazen. Minerale kristallen werden verbrijzeld in klasten terwijl ze uit de luchtopening explodeerden. Enkele seconden later werden ze ingebed in hete, gasachtige vulkanische as.Het gas verdween snel en liet ruimte achter in de asdeeltjes die er zwart uitzagen onder gepolariseerd licht. Tienduizenden jaren later worden geologen die dat puin bestuderen nog steeds onder de indruk van het geweld van Toba. Ash van de uitbarsting viel zo ver als Oost-Afrika, 7.000 kilometer (4.300 mijl) verwijderd.
2 Mensen die brand temmen
Dit is precies hoe het eruit ziet. De bruine massa is vuil, de lichtere deeltjes zijn as van een houtvuur en het donkergrijze materiaal is plantmateriaal dat gedeeltelijk is verbrand. Het verbazingwekkende is dat het bewijst dat mensen een miljoen jaar geleden vuur onder hun controle hadden - veel eerder dan verwacht.
Schattingen van precies wanneer mensen getemd vuur hebben altijd dubieus geweest. Het is moeilijk te zeggen of lagen oude as werden achtergelaten door een bosbrand of een kookvuur. Een paar jaar geleden gebruikten wetenschappers geavanceerde technieken op as, inclusief de hierboven getoonde. De as kwam van een vuur van een miljoen jaar oud in een Zuid-Afrikaanse grot. Het was ongestoord en kon niet veroorzaakt zijn door natuurlijke processen. Steentools zijn in de buurt gevonden.
Wat we hier zien zijn de ruwe overblijfselen van een plant die iemand mogelijk is homo erectus, die een miljoen jaar geleden naar die grot werd gebracht. Ze waren waarschijnlijk geen vegetariërs omdat ook gebrande botten werden gevonden.
De beheersing van vuur was onze grootste stap om de meesters van de aarde te worden die we nu zijn. Maar zijn we echte meesters? Wetenschappers beginnen zich te realiseren dat de grootste massa van levende organismen op aarde daadwerkelijk in de rotsachtige korst onder de oceanen kan verblijven. Deze kleine wezens worden ...
1 Endoliths
Het zou het gemakkelijkst zijn om de wetenschappers te laten vertellen wat deze mooie groene dingen zijn: "Twisted minerale stengels geproduceerd door ijzeroxiderende bacteriën teruggewonnen uit minerale incubatie-experimenten in de boorgaten van Juan de Fuca."
Het operatieve woord is hier "boorgaten". Wetenschappers boorden zich in de zeebodem en vonden daar levende bacteriën. Deze kleine rotsbewoners, endolieten genoemd, zijn eerder gedekt. Ze leven in de rotsen en eten het op. Wetenschappers weten het al jaren, maar pas nu begint het te zinken in hoeveel eindoliën er op aarde kunnen zijn.
Het grootste deel van de aarde is bedekt met oceanische korst. Deze zeebodem is gemaakt van basaltlava die uitbarst op de mid-oceanische ruggen en vervolgens weg beweegt van de ruggen op een soort geologische transportband. Er is veel water en warmte beschikbaar, beide dingen die nodig zijn voor het leven op aarde. Bovendien leeft het waterleven al op de mid-oceanische ruggen bij hydrothermale ventilatieopeningen. Waarom zou het leven niet net zo goed in de zeebodem moeten doen?
Stel je nu eens voor dat al die oceanische korst wordt bewoond. De wetenschappers die dit beeld van groene endolithstelen namen, geloven dat het inderdaad een geweldig huis voor zo'n levensvorm kan zijn. Anderen geloven zelfs dat de zeebodem meer biomassa kan bevatten dan het land en het leven in zee samen!