Meteorieten in je dakgoot?

Afb. 1. Micrometeoriet GMM1.

Micrometeorieten (hierna afgekort als MM) zijn, zoals de naam al doet vermoeden, meteorieten kleiner dan ~1 mm groot. Deze kleine buitenaardse steentjes zijn overal om ons heen aanwezig en per dag vallen er in totaal vele tonnen van op aarde, gelijk aan zo'n 3 volle vrachtwagens. Deze MM zijn ofwel altijd klein geweest, ofwel fragmenten van kometen of asteroïden. Hun compositie is chondritisch (= gemiddelde samenstelling van de aarde), wat inhoudt dat de compositie een reflectie is van de oorspronkelijke samenstelling van de gaswolk ('supernova') waaruit ons hele zonnestelsel gevormd is. Zodra MM de atmosfeer binnendringen, worden zij verhit waarbij zij gedeeltelijk of geheel smelten en rekristalliseren of verdampen. Naast het feit dat zij fascinerend zijn en tot de verbeelding spreken, zijn zij belangrijk voor de wetenschap, omdat ze inzichten verschaffen in het prille begin van ons zonnestelsel en daarmee de rest van het universum.

Sinds ongeveer de jaren 70 is er veel onderzoek gedaan naar deze MM. Ze werden gezocht in omgevingen waar zo min mogelijk vervuiling is, zowel van aardse als menselijke oorsprong, en daardoor de concentratie van MM zo hoog mogelijk. Collectie begon hoog in de atmosfeer met vliegtuigen rond tijden van jaarlijkse meteoriet regens, maar verplaatste zich al gauw naar Groenland en Antarctica. Het ijs hier is heel 'schoon' en fungeert al duizenden jaren als een grote verzamelplek voor MM en ook voor grotere meteorieten. Door vrijwel alle wetenschappers werd het onmogelijk geacht om deze MM te vinden in meer vervuilde gebieden, laat staan stedelijke gebieden. Tegelijkertijd wordt op basis van de dagelijkse toevoer geschat dat op iedere vierkante meter grond per jaar één micrometeoriet valt. Dat simpele feit zette Jon Larsen, een Noorse muzikant met wat kennis van geologie, ertoe aan om het schijnbaar onmogelijke, mogelijk te maken. Na een jarenlange zoektocht over de hele wereld met veel kritiek vanuit de wetenschap, vond hij in 2016 zijn eerste MM dicht bij huis, gewoon tussen het stof in de dakgoot. Hiervoor had hij niets meer nodig dan wat zeven en een sterke neodymium magneet. Door de frequente aanwezigheid van kleine magnetiet kristallen en bolletjes van ijzer-nikkel metaal in de MM worden zij namelijk veelal door een magneet aangetrokken. De scheiding met een magneet zorgt voor een sterke reductie van de massa die onder de microscoop bekeken moet worden. Deze methode heeft echter twee grote nadelen: veel vervuiling (vooral van menselijke oorsprong) is ook magnetisch, maar niet alle MM zijn magnetisch en gaan daardoor verloren. De stedelijke MM hebben echter ook grote voordelen: ze vereisen geen dure en complexe expedities en zijn bovendien veel minder verweerd dan de Antarctische MM en daardoor waardevol voor de wetenschap.

Geïnspireerd door Jon's pionierswerk besloot ik om voor mijn master (geologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam) een project op te zetten, waarbij ik werk aan het verbeteren van de methodes om MM in stedelijke gebieden te vinden. Op de universiteit is een mineraal scheidingslab aanwezig waar mineralen op basis van verschillende eigenschappen uit stenen worden gescheiden. De grootste uitdaging is dat, in tegenstelling tot de mineralen, de MM zeer variabele eigenschappen kunnen hebben. Op basis van de eigenschappen beschreven in de literatuur, experimenteer ik nu met verschillende methodes. Mijn doel is om zoveel mogelijk vervuiling te verwijderen, zonder de MM te verliezen. Of voor de beelddenkers: waarom zoeken naar de naald in de hooiberg, als je al het hooi kunt verbranden?

Afb.2. De zoektocht begint op het dak of in de dakgoot. Hier heeft gedurende vele jaren stof van aardse en buitenaardse afkomst zich opgehoopt. In dit geval waren de omstandigheden niet optimaal; met een zak blubber keerde ik weer terug naar huis.

Door gebruik te maken van een scheiding op vorm m.b.v. een trillende tafel in combinatie met een scheiding op dichtheid met zware vloeistoffen, lukt het mij inmiddels om in de meeste gevallen 99% van de vervuiling te verwijderen, met een zeer minimaal risico op het verlies van MM.

Afb.3. Na het wassen, zeven en scheiden op vorm en dichtheid, blijven er slechts vier kleine fracties over voor de microscopie. Van de oorspronkelijke ~160 gram (met een korrelgrootte tussen de 0,25 en 0,50 mm) blijft slechts 0,135 gram over, een reductie van meer dan 99,9%. Het restant kan binnen een uur met de microscoop bekeken worden.

Omdat een magneet hierbij niet langer vereist is, kunnen zo ook de niet-magnetische MM gevonden worden. De scheiding op vorm neemt enkele uren in beslag, maar het resultaat is dat de microscopie nu slechts hooguit een paar uur duurt, terwijl dit met alleen een magneetscheiding vele malen langer kan duren.

Afb.4. De zware fractie (dichtheid meer dan 2,66 g/cm3) bekeken door de microscoop. De metalen en glazen bolletjes zijn vrijwel allemaal menselijke vervuiling. Toen ik deze foto maakte was ik me er niet van bewust dat mijn eerste micrometeoriet die ik spoedig zou ontdekken al op de foto zichtbaar was. Wie kan hem al spotten?

Op 2 juni, tijdens het bekijken van verschillende korrels met de elektronenmicroscoop, ontdekte ik mijn eerste micrometeoriet, welke later door Jon werd geverifieerd: een donkergroene glazen MM met een grote inwendige luchtbel en een gat waar een stukje ijzer-nikkel metaal uit de MM is gevallen.

Afb.5. De ontdekking van mijn eerste micrometeoriet (GMM1) met de elektronenmicroscoop op 2 juni.

De vorm kan beschreven worden als een afgeplatte ellips, een duidelijke aerodynamische vorm. Tijdens de val door de atmosfeer is de MM volledig gesmolten en daarna is slechts een klein deel gekristalliseerd voordat de rest stolde als glas. Gemiddeld is de MM slechts 0,27 mm groot. Verder is de samenstelling, gemeten met de elektronenmicroscoop, perfect chondritisch. Het oppervlak vertoont enkele gaatjes, zogenaamde 'pit erosion', maar deze verwering is zeer minimaal in vergelijking met de Antarctische MM.

Afb.6. Een opname van GMM1 door de microscoop. Centraal is een grote luchtbel zichtbaar, welke zich vormde in gesmolten toestand toen de vluchtige elementen (o.a. waterstof en helium) van de vaste fase naar de gasfase overgingen. Rechts is het gat te zien waar een stukje ijzer-nikkel metaal uit de MM is gevallen.
Afb.7. Een foto van GMM1 gemaakt met de elektronenmicroscoop. De pit erosion is hier duidelijk zichtbaar. Linksonder bevindt zich een klein kristallijn domein, het zogenaamde 'soap bar effect'. Kristallisatie heeft ook plaatsgevonden langs de rand van het gat.

Door het ontbreken van ijzer-nikkel metaal en magnetiet kristallen is deze MM waarschijnlijk niet magnetisch, waardoor deze met een magneet niet gevonden had kunnen worden. Dit type glazen MM is daardoor zeldzaam in de huidige collecties van stedelijke MM, terwijl geschat wordt dat toch grofweg 15% van de MM van het niet-magnetische glazen type is. Om deze reden noemt Jon deze nieuwe vondst zeldzaam en uitzonderlijk. Het laat echter zien dat, ondanks dat mijn nieuwe methodes nog in ontwikkeling zijn, zij nu al uitermate effectief zijn. Hopelijk is deze kleine buitenaardse bezoeker het begin van een compleet nieuwe stedelijke MM collectie; het zonnestelsel in een notendop!

Afb.8. De samenstelling van GMM1, gemeten met de elektronenmicroscoop, vertoont een typisch chondritisch spectrum met hoge pieken van zuurstof, silicium en magnesium. Verder zijn de lagere pieken van ijzer, calcium, koolstof en aluminium kenmerkend.

Het onderzoek wordt voortgezet en nieuwe resultaten zullen hier worden gepubliceerd.