Los petrólogos de la Universidad Rice han descubierto que la Tierra probablemente recibió la mayor parte de su carbono, nitrógeno y otros elementos volátiles esenciales para la vida, de la colisión planetaria que creó la Luna hace más de 4.400 millones de años.
(Imagen cortesía de Rice University).
Estudio: la transferencia de materiales a través de colisiones planetarias explica las características enigmáticas del Carbono y el Nitrógeno de la Tierra
La mayoría de los elementos esenciales de la Tierra para la vida, incluidos la mayor parte del Carbono y el Nitrógeno que hay en ti, probablemente provienen de otro planeta.
La Tierra probablemente recibió la mayor parte de su Carbono, Nitrógeno y otros elementos volátiles esenciales para la vida de la colisión planetaria que creó la Luna hace más de 4,4 mil millones de años, según un nuevo estudio realizado por los petrólogos de la Rice University publicado en la revista Science Advances.
Un estudio realizado por científicos de la Universidad Rice (desde la izquierda) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta y Kyusei Tsuno, encontró que la Tierra probablemente recibió la mayor parte de su carbono, nitrógeno y otros elementos esenciales de la vida de la colisión planetaria que creó la Luna. Hace más de 4.400 millones de años. Los hallazgos aparecen en la revista Science Advances.
(Foto por Jeff Fitlow / Rice University)
“A partir del estudio de los meteoritos primitivos, los científicos han sabido desde hace mucho tiempo que la Tierra y otros planetas rocosos en el Sistema Solar Interior están desprovistos de materiales volátiles”, dijo el coautor del estudio Rajdeep Dasgupta . “Pero el momento y el mecanismo de la entrega de volátiles ha sido muy debatido. El nuestro es el primer escenario que puede explicar el momento y la entrega de una manera que sea consistente con todas las pruebas geoquímicas “.
La evidencia se recopiló a partir de una combinación de experimentos de alta temperatura y alta presión en el laboratorio de Dasgupta, que se especializa en estudiar las reacciones geoquímicas que tienen lugar en el interior de un planeta bajo un intenso calor y presión.
En una serie de experimentos, el autor principal del estudio y estudiante graduado Damanveer Grewal reunió pruebas para probar una teoría de larga data de que los volátiles de la Tierra llegaron de una colisión con un planeta embrionario que tenía un núcleo rico en Azufre.
El contenido de azufre del núcleo del planeta donante es importante debido a la desconcertante variedad de evidencia experimental sobre el Carbono, el Nitrógeno y el Azufre que existen en todas las partes de la Tierra que no sean el núcleo.
“El núcleo no interactúa con el resto de la Tierra, pero todo lo que está por encima, el manto, la corteza, la hidrosfera y la atmósfera, están todos conectados”, dijo Grewal. “El material cicla entre ellos”.
Una idea de larga data acerca de cómo la Tierra recibió sus volátiles fue la teoría de la “carilla tardía” de que los meteoritos ricos en volátiles, trozos sobrantes de materia primordial del Sistema Solar Exterior, llegaron después de que se formó el núcleo de la Tierra. Y mientras las firmas isotópicas de los volátiles de la Tierra coinciden con las de estos objetos primordiales, conocidos como condritas carbonáceas, la proporción elemental de carbono a nitrógeno no coincide. El material afuera del núcleo de la Tierra, que los geólogos llaman el grueso o volumen de silicatos de la Tierra , tiene aproximadamente 40 partes de Carbono por cada parte de Nitrógeno, aproximadamente el doble de la proporción de 20-1 que se ve en las condritas carbonosas.
Los experimentos de Grewal, que simularon las altas presiones y temperaturas durante la formación del núcleo, probaron la idea de que un núcleo planetario rico en azufre podría excluir el Carbono o el Nitrógeno, o ambos, dejando fracciones mucho mayores de esos elementos en el volumen de silicatos en comparación con la Tierra. En una serie de pruebas en un rango de temperaturas y presión, Grewal examinó la cantidad de Carbono y Nitrógeno que se convirtió en el núcleo en tres escenarios: sin azufre, 10 por ciento de azufre y 25 por ciento de Azufre.
“El Nitrógeno no se vio afectado en gran medida”, dijo. “Permaneció soluble en las aleaciones en relación con los silicatos, y solo comenzó a ser excluido del núcleo bajo la mayor concentración de Azufre”.
En contraste, el carbono fue considerablemente menos soluble en aleaciones con concentraciones intermedias de azufre, y las aleaciones ricas en azufre absorbieron aproximadamente 10 veces menos carbono en peso que las aleaciones sin azufre.
Usando esta información, junto con las relaciones y concentraciones conocidas de elementos tanto en la Tierra como en cuerpos no terrestres, el investigador posdoctoral Chenguang Sun de Dasgupta, Grewal y Rice diseñó una simulación por computadora para encontrar el escenario más probable que produjera los volátiles de la Tierra. Encontrar la respuesta implicó variar las condiciones de inicio, ejecutar aproximadamente mil millones de escenarios y compararlos con las condiciones conocidas en el Sistema Solar actual.
“Lo que encontramos es que toda la evidencia (firmas isotópicas, la relación carbono-nitrógeno y las cantidades generales de Carbono, Nitrógeno y Azufre en el volumen o grueso de silicatos de la Tierra) son consistentes con la formación de la Luna por un proceso de impacto que involucra a un planeta con volátiles, del tamaño de Marte, con un núcleo rico en Azufre ”, dijo Grewal.
Un esquema que representa la formación de un planeta del tamaño de Marte (izquierda) y su diferenciación en un cuerpo con un núcleo metálico y un depósito de silicato suprayacente.
El núcleo rico en azufre expulsa carbono, produciendo silicato con una alta proporción de carbono a nitrógeno. La colisión de la que se forma la Luna, de un planeta de este tipo con la Tierra en crecimiento (derecha) puede explicar la abundancia de agua y de los principales elementos esenciales para la vida como el Carbono, el Nitrógeno y el Azufre, así como la similitud geoquímica entre la Tierra y la Luna.
(Imagen cortesía de Rajdeep Dasgupta)
Dasgupta, el investigador principal en un esfuerzo financiado por la NASA llamado CLEVER Planets que está explorando cómo los elementos esenciales de la vida podrían unirse en planetas rocosos distantes, dijo que comprender mejor el origen de los elementos esenciales de la vida en la Tierra tiene implicaciones más allá de nuestro Sistema Solar.
“Este estudio sugiere que un planeta rocoso, similar a la Tierra, tiene más posibilidades de adquirir elementos esenciales para la vida si se forma y crece a partir de impactos gigantes con planetas que han muestreado diferentes bloques de construcción, quizás de diferentes partes de un disco protoplanetario”, dijo Dasgupta. .
“Esto elimina algunas condiciones de frontera”, dijo. “Muestra que los volátiles esenciales para la vida pueden llegar a las capas superficiales de un planeta, incluso si se produjeron en cuerpos planetarios que se sometieron a la formación de núcleos en condiciones muy diferentes”.
Dasgupta dijo que no parece que el silicato a granel de la Tierra, por sí solo, podría haber alcanzado los presupuestos volátiles esenciales para la vida que produjeron nuestra biosfera, atmósfera e hidrosfera.
“Eso significa que podemos ampliar nuestra búsqueda de caminos que llevan a elementos volátiles que se unen en un planeta para sustentar la vida como la conocemos”.
Otros coautores del estudio Science Advances son Kyusei Tsuno y Gelu Costin, ambos de Rice. La investigación fue apoyada por la NASA, el Observatorio Deep Carbon y la Fundación David y Lucile Packard.
CLEVER Planets es parte de Nexus for Exoplanet System Science, o NExSS , una red de coordinación de investigación en astrobiología de la NASA que se dedica al estudio de la habitabilidad planetaria. CLEVER Planets involucra a más de una docena de grupos de investigación de Rice, el Centro Espacial Johnson de la NASA, UCLA, la Universidad de Colorado Boulder y la Universidad de California, Davis. Más información está disponible en cleverplanets.org .
Fuente: Rice University
Artículo original: “Planetary collision that formed the Moon made life possible on Earth“. Jade Boyd. Rice University. January 23, 2019.
Journal reference: Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.aau3669
Material relacionado:
El Programa Apolo fue fundamental para conocer la composición de la Luna lo que permitió entre otras cosas trazar teorías acerca de su origen:
- The Scientific Legacy of Apollo. G. Jeffrey Taylor. Scientific American. July, 1994. Disponible en la Biblioteca de la AAA y también en Timbó.
Con el propósito de explicar las composición observada en las rocas traidas de la Luna durante el Programa Apolo, han surgido varias teorías sobre el origen de la Luna. El siguiente artículo presenta una de ellas y además contiene en el apartado “Material relacionado” un conjunto de recursos (artículos, sitios, libros, videos de charlas públicas y conferencias) sobre el tema:
- Cómo las lunas anteriores de la Tierra chocaron para formar la Luna: una nueva teoría del orígen de la Luna. Carlos Costa, Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 30 de Enero de 2017.
Otros artículos:
- Study: Earth’s carbon points to planetary smashup. Jade Boyd. Rice University. Sept. 5, 2016.
- New isotopic evidence supporting Moon formation from Earth collision with planet-sized body. European Association of Geochemistry. June 5, 2014.
- Life on Earth likely started at least 4.1 billion years ago — much earlier than scientists had thought. Stuart Wolpert. UCLA. October 19, 2015.
