p Com nitrogênio, Planetas semelhantes à Terra podem ser formados se sua matéria-prima crescer rapidamente para embriões planetários do tamanho da Lua e de Marte antes de se separarem em atmosfera-núcleo-crosta-manta, de acordo com cientistas da Rice University. Se a diferenciação de silicato de metal é mais rápida do que o crescimento de corpos do tamanho de um embrião planetário, então, os reservatórios sólidos deixam de reter muito nitrogênio e os planetas crescendo a partir dessa matéria-prima tornam-se extremamente pobres em nitrogênio. Crédito:Amrita P. Vyas / Rice University
p As perspectivas de vida em um determinado planeta dependem não apenas de onde ele se forma, mas também de como, de acordo com cientistas da Rice University. p Planetas como a Terra que orbitam dentro da zona Cachinhos Dourados do sistema solar, com condições que suportam água líquida e uma atmosfera rica, são mais propensos a abrigar vida. Acontece que como esse planeta se formou também determina se ele capturou e reteve certos elementos e compostos voláteis, incluindo nitrogênio, carbono e água, que dão origem à vida.
p Em um estudo publicado em
Nature Geoscience , O aluno de pós-graduação do Rice e autor principal Damanveer Grewal e o professor Rajdeep Dasgupta mostram a competição entre o tempo que leva para o material se agregar em um protoplaneta e o tempo que o protoplaneta leva para se separar em suas camadas distintas - um núcleo metálico, uma concha de manto de silicato e um envelope atmosférico em um processo chamado diferenciação planetária - é fundamental para determinar quais elementos voláteis o planeta rochoso retém.
p Usando nitrogênio como proxy para voláteis, os pesquisadores mostraram que a maior parte do nitrogênio escapa para a atmosfera dos protoplanetas durante a diferenciação. Esse nitrogênio é subsequentemente perdido para o espaço quando o protoplaneta esfria ou colide com outros protoplanetas ou corpos cósmicos durante o próximo estágio de seu crescimento.
p Este processo esgota o nitrogênio da atmosfera e do manto dos planetas rochosos, mas se o núcleo metálico retém o suficiente, ainda pode ser uma fonte significativa de nitrogênio durante a formação de planetas semelhantes à Terra.
p Os geoquímicos da Rice University analisaram amostras experimentais de metais e silicatos coexistentes para aprender como eles interagiriam quimicamente quando colocados sob pressões e temperaturas semelhantes às experimentadas por protoplanetas em diferenciação. Usando nitrogênio como proxy, eles teorizam que a forma como um planeta se reúne tem implicações para saber se ele captura e retém elementos voláteis essenciais à vida. Crédito:Tommy LaVergne / Rice University
p O laboratório de alta pressão de Dasgupta em Rice capturou a diferenciação protoplanetária em ação para mostrar a afinidade do nitrogênio com os núcleos metálicos.
p "Simulamos condições de alta pressão-temperatura submetendo uma mistura de metal contendo nitrogênio e pós de silicato a quase 30, 000 vezes a pressão atmosférica e aquecendo-os além de seus pontos de fusão, "Grewal disse." Pequenas bolhas metálicas embutidas nos vidros de silicato das amostras recuperadas eram os respectivos análogos dos núcleos e mantos protoplanetários. "
p Usando esses dados experimentais, os pesquisadores modelaram as relações termodinâmicas para mostrar como o nitrogênio se distribui entre a atmosfera, silicato fundido e núcleo.
p “Percebemos que o fracionamento de nitrogênio entre todos esses reservatórios é muito sensível ao tamanho do corpo, "Grewal disse." Usando esta ideia, poderíamos calcular como o nitrogênio teria se separado entre diferentes reservatórios de corpos protoplanetários ao longo do tempo para finalmente construir um planeta habitável como a Terra. "
p Sua teoria sugere que a matéria-prima para a Terra cresceu rapidamente para embriões planetários do tamanho da Lua e de Marte antes de completarem o processo de diferenciação no familiar arranjo de vapor de metal-silicato-gás.
p Damanveer Grewal, estudante de pós-graduação da Rice University, deixou, e o geoquímico Rajdeep Dasgupta discutem seus experimentos no laboratório, onde eles comprimem misturas complexas de elementos para simular condições profundas em protoplanetas e planetas. Em um novo estudo, eles determinaram que a forma como um planeta se junta tem implicações para saber se ele captura e retém os elementos voláteis, incluindo nitrogênio, carbono e água, essencial para a vida. Crédito:Tommy LaVergne / Rice University
p Em geral, eles estimam que os embriões formados dentro de 1-2 milhões de anos após o início do sistema solar, muito antes do tempo que levaram para se diferenciarem completamente. Se a taxa de diferenciação fosse mais rápida do que a taxa de acréscimo para esses embriões, os planetas rochosos que se formam a partir deles não poderiam ter agregado nitrogênio suficiente, e provavelmente outros voláteis, crítico para o desenvolvimento de condições que sustentam a vida.
p "Nossos cálculos mostram que formar um planeta do tamanho da Terra por meio de embriões planetários que cresceram extremamente rapidamente antes de sofrer a diferenciação de silicato de metal estabelece um caminho único para satisfazer o orçamento de nitrogênio da Terra, "disse Dasgupta, o principal investigador dos planetas CLEVER, um projeto colaborativo financiado pela NASA que explora como elementos essenciais à vida podem ter se reunido em planetas rochosos em nosso sistema solar ou em lugares distantes, exoplanetas rochosos.
p "Este trabalho mostra que há uma afinidade muito maior do nitrogênio com o líquido metálico formador do núcleo do que se pensava anteriormente, " ele disse.
p O estudo segue trabalhos anteriores, um mostrando como o impacto de um corpo em formação de lua poderia ter dado à Terra muito de seu conteúdo volátil, e outro sugerindo que o planeta ganhou mais nitrogênio de fontes locais no sistema solar do que se acreditava.
p No último estudo, Grewal disse, "Mostramos que os protoplanetas que crescem nas regiões internas e externas do sistema solar agregam nitrogênio, e a Terra obteve seu nitrogênio agregando protoplanetas de ambas as regiões. Contudo, não se sabia como o orçamento de nitrogênio da Terra foi estabelecido. "
p "Estamos fazendo uma grande afirmação que vai além de apenas o tópico da origem dos elementos voláteis e do nitrogênio, e impactará uma seção transversal da comunidade científica interessada na formação e crescimento do planeta, "Dasgupta disse.
