Um esquema que descreve a formação de um planeta do tamanho de Marte (à esquerda) e sua diferenciação em um corpo com um núcleo metálico e um reservatório de silicato sobreposto. O núcleo rico em enxofre expele carbono, produzindo silicato com uma alta proporção de carbono para nitrogênio. A colisão de formação da lua de tal planeta com o crescimento da Terra (à direita) pode explicar a abundância de água na Terra e dos principais elementos essenciais à vida, como o carbono, nitrogênio e enxofre, bem como a semelhança geoquímica entre a Terra e a lua. Crédito:Rajdeep Dasgupta
A maioria dos elementos essenciais da Terra para a vida - incluindo a maior parte do carbono e nitrogênio em você - provavelmente veio de outro planeta.
A Terra provavelmente recebeu a maior parte de seu carbono, nitrogênio e outros elementos voláteis essenciais à vida da colisão planetária que criou a lua há mais de 4,4 bilhões de anos, de acordo com um novo estudo feito por petrólogos da Rice University na revista Avanços da Ciência .
"Do estudo de meteoritos primitivos, os cientistas sabem há muito tempo que a Terra e outros planetas rochosos no sistema solar interno estão esgotados de voláteis, "disse o co-autor do estudo, Rajdeep Dasgupta." Mas o momento e o mecanismo de entrega de voláteis têm sido calorosamente debatidos. O nosso é o primeiro cenário que pode explicar o momento e a entrega de uma forma que seja consistente com todas as evidências geoquímicas. "
A evidência foi compilada a partir de uma combinação de alta temperatura, experimentos de alta pressão no laboratório de Dasgupta, que se especializou no estudo de reações geoquímicas que ocorrem nas profundezas de um planeta sob intenso calor e pressão.
Em uma série de experimentos, O autor principal do estudo e estudante de graduação Damanveer Grewal reuniu evidências para testar uma teoria de longa data de que os voláteis da Terra chegaram de uma colisão com um planeta embrionário que tinha um núcleo rico em enxofre.
O conteúdo de enxofre do núcleo do planeta doador é importante por causa da intrigante gama de evidências experimentais sobre o carbono, nitrogênio e enxofre que existem em todas as partes da Terra, exceto o núcleo.
"O núcleo não interage com o resto da Terra, mas tudo acima dele, o manto, a crosta, a hidrosfera e a atmosfera, estão todos conectados, "Grewal disse." Ciclos de material entre eles. "
Uma ideia de longa data sobre como a Terra recebeu seus voláteis foi a teoria do "verniz tardio" de que meteoritos ricos em voláteis, pedaços restantes de matéria primordial do sistema solar externo, chegou depois que o núcleo da Terra se formou. E embora as assinaturas isotópicas dos voláteis da Terra correspondam a esses objetos primordiais, conhecido como condritos carbonosos, a proporção elementar de carbono para nitrogênio está desligada. Material não essencial da Terra, que os geólogos chamam de terra de silicato em massa, tem cerca de 40 partes de carbono para cada parte de nitrogênio, aproximadamente o dobro da proporção 20-1 observada em condritos carbonáceos.
Os experimentos de Grewal, que simulou as altas pressões e temperaturas durante a formação do núcleo, testou a ideia de que um núcleo planetário rico em enxofre pode excluir carbono ou nitrogênio, ou ambos, deixando frações muito maiores desses elementos no silicato a granel em comparação com a Terra. Em uma série de testes em uma variedade de temperaturas e pressões, Grewal examinou quanto carbono e nitrogênio entraram no núcleo em três cenários:sem enxofre, 10 por cento de enxofre e 25 por cento de enxofre.
"O nitrogênio não foi afetado em grande parte, "disse ele." Permaneceu solúvel nas ligas em relação aos silicatos, e só começou a ser excluído do núcleo sob a maior concentração de enxofre. "
Carbono, por contraste, era consideravelmente menos solúvel em ligas com concentrações intermediárias de enxofre, e ligas ricas em enxofre absorvem cerca de 10 vezes menos carbono em peso do que ligas sem enxofre.
Um estudo realizado por cientistas da Rice University (a partir da esquerda) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta e Kyusei Tsuno descobriram que a Terra provavelmente recebeu a maior parte de seu carbono, nitrogênio e outros elementos essenciais à vida da colisão planetária que criou a lua há mais de 4,4 bilhões de anos. Os resultados aparecem no jornal Avanços da Ciência . Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Usando essas informações, junto com as proporções e concentrações conhecidas de elementos tanto na Terra quanto em corpos não terrestres, Dasgupta, Chenguang Sun, pesquisador de pós-doutorado de Grewal e Rice, projetou uma simulação de computador para encontrar o cenário mais provável que produziu os voláteis da Terra. Encontrar a resposta envolveu a variação das condições iniciais, executando aproximadamente 1 bilhão de cenários e comparando-os com as condições conhecidas no sistema solar hoje.
"O que descobrimos é que todas as evidências - assinaturas isotópicas, a relação carbono-nitrogênio e as quantidades globais de carbono, nitrogênio e enxofre na massa de silicato da Terra - são consistentes com um impacto de formação da lua envolvendo um rolamento volátil, Planeta do tamanho de Marte com núcleo rico em enxofre, "Grewal disse.
Dasgupta, o principal investigador em um esforço financiado pela NASA chamado CLEVER Planets, que está explorando como elementos essenciais à vida podem se reunir em planetas rochosos distantes, disse que compreender melhor a origem dos elementos essenciais à vida da Terra tem implicações além do nosso sistema solar.
"Este estudo sugere que uma rocha, Planetas semelhantes à Terra têm mais chances de adquirir elementos essenciais para a vida se se formarem e crescerem a partir de impactos gigantescos com planetas que experimentaram diferentes blocos de construção, talvez de diferentes partes de um disco protoplanetário, "Dasgupta disse.
"Isso remove algumas condições de limite, "disse ele." Isso mostra que os voláteis essenciais à vida podem chegar às camadas superficiais de um planeta, mesmo que tenham sido produzidos em corpos planetários que sofreram a formação do núcleo em condições muito diferentes. "
Dasgupta disse que não parece que o silicato em massa da Terra, sozinho, poderia ter alcançado os orçamentos voláteis essenciais à vida que produziram nossa biosfera, atmosfera e hidrosfera.
"Isso significa que podemos ampliar nossa busca por caminhos que levam à união de elementos voláteis em um planeta para sustentar a vida como a conhecemos."
