Pesquisadores do MIT e de instituições afiliadas descobriram vestígios excepcionalmente raros da “proto-Terra”, o antigo precursor do nosso planeta que existiu há cerca de 4,5 bilhões de anos. Este mundo primordial tomou forma antes de uma colisão massiva mudar a sua química para sempre e dar origem ao mundo em que vivemos hoje. Descoberta, descrita em 14 de outubro Natureza e Geografiapoderia ajudar os cientistas a reconstruir os elementos mais antigos que moldaram não apenas a Terra, mas o resto do sistema solar
Há bilhões de anos, o Sistema Solar era uma gigantesca nuvem rodopiante de gás e poeira. Com o tempo, esse material se transformou em matéria sólida para formar os primeiros meteoritos. Esses meteoritos gradualmente se fundiram para formar a proto-Terra e seus planetas vizinhos.
Na sua infância, a Terra era um mundo derretido e coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, sofreu um evento catastrófico quando um corpo do tamanho de Marte atingiu o jovem planeta, no que os cientistas chamam de “impacto gigante”. A colisão derreteu e fundiu o interior do planeta, apagando grande parte da sua identidade química original. Durante décadas, os cientistas acreditaram que qualquer vestígio da proto-Terra foi completamente destruído naquela convulsão cósmica.
Mas novos resultados da equipa do MIT desafiam essa suposição. Os pesquisadores encontraram uma assinatura química incomum em amostras de rochas antigas e profundas que diferem da maioria dos materiais encontrados hoje na Terra. Esta assinatura aparece como um ligeiro desequilíbrio nos isótopos de potássio – átomos do mesmo elemento com diferentes números de nêutrons. Após extensa análise, os cientistas concluíram que a anomalia não poderia ter sido criada por um impacto subsequente ou por processos geológicos em curso na Terra.
A explicação mais plausível é que estas rochas preservam pequenas porções do material original da proto-Terra, sobrevivendo de alguma forma à violenta remodelação do planeta.
“Esta é provavelmente a primeira evidência direta de que preservamos materiais proto-Terra”, disse Nicole Nee, professora assistente de desenvolvimento de carreira de Paul M. Cook de Ciências da Terra e Planetárias no MIT. “Vemos um fragmento de uma Terra muito antiga, mesmo antes do impacto gigante. Isto é surpreendente porque esperaríamos que esta assinatura muito antiga fosse gradualmente apagada pela evolução da Terra.”
Os co-autores da NI incluem Da Wang da Universidade de Tecnologia de Chengdu (China), Steven Shiry e Richard Carlson da Carnegie Institution for Science (Washington, DC), Bradley Peters da ETH Zurich (Suíça) e James Day da Scripps Institution of Oceanography (Califórnia).
Uma curiosa anomalia
Em 2023, Nie e sua equipe examinaram vários meteoritos bem documentados coletados em todo o mundo. Estes meteoritos formaram-se em diferentes épocas e locais em todo o Sistema Solar, captando a sua mudança química ao longo de milhares de milhões de anos. Quando os pesquisadores compararam suas composições com as da Terra, notaram uma estranha “anomalia isotópica de potássio”.
O potássio ocorre naturalmente em três formas isotópicas – potássio-39, potássio-40 e potássio-41 – cada uma ligeiramente diferente em massa atômica. No mundo moderno, o potássio-39 e o potássio-41 dominam, enquanto o potássio-40 existe apenas em quantidades mínimas. No entanto, os meteoritos normalmente exibem proporções isotópicas diferentes daquelas observadas na Terra.
Esta descoberta sugere que qualquer material que apresente o mesmo desequilíbrio de potássio deve provir de material que existia antes do impacto gigante mudar a química da Terra. Em suma, a anomalia pode servir como uma impressão digital da matéria proto-Terra.
“Nesse trabalho, descobrimos que diferentes meteoritos têm diferentes assinaturas isotópicas de potássio, e isso significa que o potássio pode ser usado como traçador dos blocos de construção da Terra”, explica Ni.
“Construído de forma diferente”
No estudo atual, a equipe procurou sinais de anomalias de potássio na Terra, e não no meteorito. Suas amostras incluem, em pó, da Groenlândia e do Canadá, onde são encontradas algumas rochas antigas preservadas. Eles também analisaram depósitos de lava coletados no Havaí, onde os vulcões trouxeram alguns dos materiais mais antigos e profundos da Terra no manto (a rocha mais espessa do planeta que separa a crosta do núcleo).
“Se esta assinatura de potássio for preservada, queremos procurá-la no tempo profundo e nas profundezas da Terra”, disse Ni.
A equipe primeiro dissolveu várias amostras de pó em ácido, depois separou cuidadosamente qualquer potássio do resto da amostra e usou um espectrômetro de massa especial para medir a proporção de cada um dos três isótopos de potássio. Notavelmente, eles identificaram uma assinatura isotópica na amostra que é diferente daquela que foi encontrada na maioria dos materiais da Terra.
Especificamente, identificaram uma deficiência no isótopo potássio-40. Na maioria dos elementos da Terra, este isótopo já é uma fração insignificante em comparação com os outros dois isótopos de potássio. Mas os investigadores perceberam que as suas amostras continham uma percentagem ainda menor de potássio-40. Detectar essa pequena deficiência é mais como ver um único grão de areia marrom em um balde do que uma concha cheia de areia amarela.
A equipe descobriu que, de fato, as amostras apresentavam deficiência de potássio-40, mostrando que os materiais foram “construídos de forma diferente”, disse Ni, em comparação com a maior parte do que vemos hoje na Terra.
Mas poderiam as amostras ser raros remanescentes da proto-Terra? Para responder a isso, os pesquisadores levantaram a hipótese de que esse poderia ser o caso. Eles raciocinaram que se a proto-Terra fosse originalmente feita de tal material deficiente em potássio-40, grande parte deste material teria sofrido alterações químicas – desde impactos massivos e subsequentes impactos de meteoritos mais pequenos – que eventualmente resultaram no material mais rico em potássio-40 que vemos hoje.
A equipe usou dados de composição de todos os meteoritos conhecidos e simulou como a deficiência de potássio-40 da amostra mudaria devido aos impactos desses meteoritos e impactos gigantes. Eles também simularam processos geológicos que a Terra experimentou ao longo do tempo, como aquecimento e mistura do manto. No final das contas, suas simulações produziram uma composição com uma fração ligeiramente maior de potássio-40 do que amostras do Canadá, Groenlândia e Havaí. Mais importante ainda, as composições simuladas correspondem à maioria dos materiais modernos
O trabalho sugere que os elementos com deficiência de potássio-40 são provavelmente elementos-chave que sobraram da proto-Terra.
Curiosamente, a assinatura da amostra não corresponde exatamente a nenhum outro meteorito da coleção dos geólogos. Embora os meteoritos do trabalho anterior da equipe mostrassem anomalias de potássio, elas não eram exatamente a deficiência observada nas amostras da proto-Terra. Isto significa que todos os meteoritos e elementos que formaram originalmente a proto-Terra ainda não foram descobertos.
“Os cientistas estão tentando compreender a composição química básica da Terra reunindo a composição de diferentes grupos de meteoritos”, disse Ni. “Mas a nossa investigação mostra que o inventário atual de meteoritos está longe de estar completo e há muito mais para aprender sobre a origem do nosso planeta.”
Este trabalho foi apoiado em parte pela NASA e pelo MIT.
