A Terra se formou de forma relativamente rápida a partir da nuvem de poeira e gás ao redor do Sol, aprisionando água e gases no manto do planeta, de acordo com pesquisa publicada em 5 de dezembro na revista Natureza . Além de estabelecer as origens da Terra, o trabalho pode ajudar na identificação de sistemas extra-solares que podem suportar planetas habitáveis.

Com base em dados das profundezas da Terra ao espaço profundo, O professor Sujoy Mukhopadhyay da Universidade da Califórnia Davis e o pesquisador de pós-doutorado Curtis Williams usaram isótopos de néon para mostrar como o planeta se formou.

"Estamos tentando entender onde e como o néon no manto da Terra foi adquirido, que nos diz a rapidez com que o planeta se formou e em que condições, "Williams disse.

O néon é na verdade um substituto para os gases como a água, dióxido de carbono e nitrogênio vieram, Williams disse. Ao contrário desses compostos que são essenciais para a vida, neon é um gás nobre inerte, e não é influenciado por processos químicos e biológicos.

"Então, o néon guarda uma memória de onde veio, mesmo depois de quatro bilhões e meio de anos, "Mukhopadhyay disse.

Existem três ideias concorrentes sobre como a Terra se formou a partir de um disco protoplanetário de poeira e gás há mais de quatro bilhões de anos e como a água e outros gases foram entregues à Terra em crescimento. Em primeiro, o planeta cresceu relativamente rápido ao longo de dois a cinco milhões de anos e capturou gás da nebulosa, a nuvem rodopiante de poeira e gás em torno do jovem Sol. A segunda teoria sugere que partículas de poeira se formaram e foram irradiadas pelo Sol por algum tempo antes de se condensar em objetos em miniatura chamados planetesimais que foram posteriormente entregues ao planeta em crescimento. Na terceira opção, a Terra formou-se de forma relativamente lenta e os gases foram liberados por meteoritos condritos carbonáceos ricos em água, carbono e nitrogênio.

Esses diferentes modelos têm consequências para o que era a Terra primitiva, Mukhopadhyay disse. Se a Terra se formou rapidamente a partir da nebulosa solar, teria muito gás hidrogênio na superfície ou próximo a ela. Mas se a Terra se formou a partir de condritos carbonáceos, seu hidrogênio teria vindo na forma mais oxidada, agua.

Neon do fundo do oceano para o espaço profundo

Para descobrir quais das três ideias concorrentes sobre a formação de planetas e distribuição de gases estavam corretas, Williams e Mukhopadhyay mediram com precisão as proporções de isótopos de néon que estavam presos no manto da Terra quando o planeta se formou. Neon tem três isótopos, neon-20, 21 e 22. Todos os três são estáveis ​​e não radioativos, mas o neon-21 é formado pela decomposição radioativa do urânio. Portanto, as quantidades de neon-20 e 22 na Terra têm estado estáveis ​​desde a formação do planeta e assim permanecerão para sempre, mas o neon-21 se acumula lentamente com o tempo. Prevê-se que os três cenários para a formação da Terra tenham proporções diferentes de neon-20 para neon-22.

O mais próximo que conseguiram chegar do manto foi olhar para as rochas chamadas basaltos-travesseiro no fundo do oceano. Essas rochas vítreas são os restos de fluxos das profundezas da Terra que se espalharam e resfriaram no oceano, mais tarde, para ser coletado por uma expedição de perfuração liderada pela Universidade de Rhode Island, que disponibiliza sua coleção para outros cientistas.

Os gases são encontrados em pequenas bolhas dentro do basalto. Usando uma prensa, Williams quebrou chips de basalto em uma câmara selada, permitindo que os gases fluam para um espectrômetro de massa sensível.

Agora, para a parte do espaço. Pesquisadores anteriores estabeleceram a proporção de isótopos de néon para o modelo de "nebulosa solar" (formação rápida inicial) com dados da missão Genesis, que capturou partículas do vento solar. Os dados para o modelo de "partículas irradiadas" vieram de análises de solos lunares e de meteoritos. Finalmente, meteoritos condritos carbonáceos forneceram dados para o modelo de "acreção tardia".

Tamanho mínimo para um planeta habitável

As razões de isótopos que eles encontraram estavam bem acima daquelas para os modelos de "partículas irradiadas" ou "acreção tardia", Williams disse, e apoiar a formação precoce rápida.

"Esta é uma indicação clara de que há néon nebular no manto profundo, "Williams disse.

Néon, lembrar, é um marcador para aqueles outros compostos voláteis. Hidrogênio, agua, dióxido de carbono e nitrogênio teriam se condensado na Terra ao mesmo tempo - todos os ingredientes que, até onde sabemos, ir para a construção de um planeta habitável.

Os resultados indicam que, para absorver esses compostos vitais, um planeta deve atingir um certo tamanho - o tamanho de Marte ou um pouco maior - antes que a nebulosa solar se dissipe. As observações de outros sistemas solares mostram que isso leva cerca de dois a três milhões de anos, Williams disse.

O mesmo processo acontece em torno de outras estrelas? Observações do Atacama Large Millimeter Array, ou ALMA, observatório no Chile sugere que sim, disseram os pesquisadores.

O ALMA usa um conjunto de 66 radiotelescópios que funcionam como um único instrumento para gerar imagens de poeira e gás no universo. Ele pode ver os discos de poeira e gás que se formam em planetas ao redor de algumas estrelas próximas. Em alguns casos, existem faixas escuras nos discos onde a poeira foi esgotada.

"Existem algumas maneiras pelas quais a poeira pode ser eliminada do disco, e um deles é que eles estão formando planetas, "Williams disse.

"Podemos observar a formação de planetas em um disco de gás em outros sistemas solares, e há um registro semelhante de nosso próprio sistema solar preservado no interior da Terra, "Mukhopadhyay disse." Esta pode ser uma maneira comum de os planetas se formarem em outros lugares. "