La mayoría de los elementos esenciales de la Tierra para la vida, incluida 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.
Rajdeep Dasgupta, coautor del estudio, dijo en un comunicado:
Desde el estudio de los meteoritos primitivos, los científicos han sabido durante mucho tiempo que la Tierra y otros planetas rocosos en el sistema solar interior están agotados por la volatilidad.
Pero el momento y el mecanismo de la entrega volátil se han debatido acaloradamente. El nuestro es el primer escenario que puede explicar el momento y la entrega de manera consistente con todas las pruebas geoquímicas”.
La vida surgió del caos
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 el estudio de reacciones geoquímicas que tienen lugar dentro de un planeta bajo un intenso calor y presión.
Un estudio realizado por científicos de la Universidad Rice (desde la izquierda) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta y Kyusei Tsuno encontraron 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. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University
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.
Grewal agregó:
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. Ciclos de material entre ellos”.
Una idea de larga data acerca de cómo la Tierra recibió sus volátiles fue la teoría de la «late venee» que propone que los meteoritos ricos en elementos volátiles, trozos sobrantes de materia primordial del sistema solar exterior, llegaron después de que se formó el núcleo de la Tierra.
El material no central de la Tierra, tiene aproximadamente 40 partes de carbono por cada parte de nitrógeno, aproximadamente el doble de la proporción 20-1 que se ve en las condritas carbonosas.
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 en forma de luna de un planeta de este tipo con la Tierra en crecimiento (derecha) puede explicar la abundancia de la Tierra tanto de agua como de los principales elementos esenciales de la vida como el carbono, el nitrógeno y el azufre, así como la similitud geoquímica entre la Tierra y la Luna. Crédito: Rajdeep Dasgupta
El experimento
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 silicato a granel 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.
Grewal dijo:
El nitrógeno no se vio afectado en gran medida. 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.
Utilizando esta información, junto con las relaciones y concentraciones conocidas de elementos tanto en la Tierra como en cuerpos no terrestres, los investigadores diseñaron una simulación por computadora para encontrar el escenario más probable que produjera los elementos 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.
Grewal dijo:
Lo que encontramos es que toda la evidencia (firmas isotópicas, la relación carbono-nitrógeno y las cantidades globales de carbono, nitrógeno y azufre en la tierra de silicato a granel) son consistentes con un impacto de formación de Luna que involucra a Marte planeta de tamaño con un núcleo rico en azufre”.
Dasgupta dijo:
Eso significa que podemos ampliar nuestra búsqueda de caminos que conduzcan a elementos volátiles que se unen en un planeta para sustentar la vida como la conocemos”.
El estudio científico ha sido publicado en la revista Science Advances.
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