Um corpo do tamanho de Marte trouxe elementos essenciais à vida para a Terra?

A colisão com um corpo do tamanho de Marte - o mesmo corpo que se pensava ter formado a Lua - também poderia ter trazido elementos voláteis de suporte à vida para a Terra.

Um objeto do tamanho de Marte pode ter colidido com a Terra há muito tempo, fornecendo elementos voláteis essenciais à vida.
Don Davis / O Novo Sistema Solar

Há muito que os cientistas levantam a hipótese sobre as origens dos voláteis da Terra. Esses elementos de baixo ponto de ebulição, como carbono, nitrogênio e enxofre, são necessários para a vida toda, mas eles não estavam presentes no início da Terra. Agora, pesquisadores da Universidade Rice propõem que os voláteis poderiam ter chegado através de uma única colisão com um objeto planetário do tamanho de Marte - o mesmo evento que criou a Lua. Suas descobertas foram publicadas na edição de 23 de janeiro da Science Advances .

Núcleo vs. Crosta

Quando a Terra começou a se formar cerca de 4, 5 bilhões de anos atrás, acumulou gás, poeira e detritos de seus arredores em uma sopa derretida. Qualquer volátil teria saído dessa mistura quente e precoce. No entanto, a existência da vida sugere que algo tenha sido volátil mais tarde.

Os cientistas propuseram há muito tempo que os condritos carbonáceos primitivos, ricos em voláteis, voavam da parte externa do sistema solar e colidiam com a Terra nos estágios finais da formação do nosso planeta. O problema com esta explicação, diz o principal autor do artigo, Damanveer Grewal, é que a razão carbono / nitrogênio nos condritos carbonáceos é de 20: 1. Mas a maior parte dos silicatos da Terra (seu manto, crosta, oceanos e atmosfera combinados) tem o dobro da abundância de carbono em relação ao nitrogênio, levando os pesquisadores a pensar que algo mais produzia os voláteis.

Para começar, a equipe decidiu recriar as condições de alta temperatura e alta pressão de um corpo planetário primordial no laboratório. Eles adicionaram voláteis a uma mistura de silicatos - representando a crosta e o manto do corpo - e a liga de ferro-níquel, representando o núcleo do corpo. Então os cientistas observaram para ver como os voláteis evoluíram quando a liga de metal se separou dos silicatos.

Os cientistas prestaram atenção especial ao comportamento do carbono: se ele fosse absorvido pela liga de metal, isso resultaria em uma baixa taxa de carbono / nitrogênio nos silicatos. Se, no entanto, o carbono fosse absorvido pelos silicatos, eles teriam uma proporção mais alta de carbono / nitrogênio.

No experimento, o comportamento do carbono dependia da quantidade de enxofre no sistema, explica o co-autor Rajdeep Dasgupta. Sem presença de enxofre, a maior parte do carbono era atraída para a liga metálica, mas se o sistema continha 25% de enxofre, a maior parte do carbono flutuava para a porção rica em silicato, proporcionando a alta taxa de carbono / nitrogênio encontrada no manto da Terra.

Voláteis de Theia

Com esses resultados em mãos, a equipe estava pronta para executar simulações para ver que tipo de corpo havia trazido voláteis para a Terra. O co-autor Chenguang Sun diz que a equipe executou cerca de um bilhão de cenários com impactores de diferentes tamanhos e composições, procurando aqueles que pudessem explicar as abundâncias atuais de carbono, nitrogênio e enxofre. O culpado mais provável? Um corpo planetário do tamanho de Marte - exatamente como o previsto nos cenários de formação da Lua.

Nas simulações, esse cenário funciona se o corpo rico em voláteis colidir com a Terra quando nosso planeta tiver cerca de 90% de sua massa atual, diz Grewal. A Terra teria absorvido o pequeno planeta com o impacto - o núcleo do corpo teria se fundido com o núcleo da Terra, dando ao centro da Terra um aumento no teor de enxofre. Enquanto isso, os dois mantos também teriam se fundido. Embora a fusão tenha diluído a abundância total de carbono e nitrogênio, a proporção carbono-nitrogênio teria permanecido a mesma. Como resultado, a Terra teria ganho o restante de sua massa e os voláteis necessários para a vida. Grewal ressalta que as simulações desse impacto fornecem a proporção 40: 1 de carbono para nitrogênio, vista na crosta e no manto à base de silicato da Terra.

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 expulsa carbono, produzindo silicato com uma alta taxa de carbono / nitrogênio. A colisão formadora de lua de um planeta com a crescente Terra (à direita ) pode explicar a abundância de elementos essenciais da vida na Terra, como carbono, nitrogênio e enxofre.
Rajdeep Dasgupta

Mas nem todos concordam que a origem dos voláteis da Terra está estabelecida. "A idéia funciona melhor para carbono, nitrogênio e enxofre do que para o H2O, que provavelmente tem uma origem mais complexa", alerta Marc Hirschmann (Universidade de Minnesota), que não participou do estudo. Ele acrescenta que os voláteis podem não ter sido entregues em um único evento: "Havia muitas outras oportunidades para a Terra obter alguns de seus voláteis mais cedo e mais tarde".