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La colisión planetaria que formó la luna hizo posible la vida en la Tierra


La mayor parte de carbono, nitrógeno y otros elementos volátiles esenciales para la vida en la Tierra fueron recibidos en una colisión planetaria que creó la Luna hace más de 4,4 mil millones de años, según un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad Rice.

¿Qué significa esto para nosotros? Significa que la mayoría de los elementos esenciales para la formación y desarrollo de la vida en la Tierra, incluidos la mayor parte del carbono y el nitrógeno en tu cuerpo, probablemente provienen de otro planeta.

"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 son escasos en elementos volátiles", dijo Rajdeep Dasgupta, coautor de este estudio.

"Pero el momento y el mecanismo de la entrega de los elementos volátiles ha sido muy debatido. El nuestro es el primer escenario que puede explicar el tiempo y la entrega de una manera que sea consistente con todas las pruebas geoquímicas".

La evidencia se recopiló a partir de una combinación de experimentos de alta temperatura y alta presión en el laboratorio del investigador Dasgupta, que se especializa en estudiar las reacciones geoquímicas que tienen lugar en el interior de un planeta bajo un intenso calor y presión.

En una serie de experimentos, el autor principal del estudio y el estudiante graduado Damanveer Grewal, reunieron pruebas para probar una teoría de larga data que sugiere que los elementos volátiles de la Tierra llegaron por una colisión con un planeta embrionario que tenía un núcleo rico en azufre.

El contenido de azufre en el núcleo del teórico planeta donante es de gran importancia 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, cuyos orígenes aparentemente no corresponden con el núcleo de nuestro planeta ¿Cómo se podría dar una explicación satisfactoria? Los investigadores dicen lo siguiente:

"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. Comparten ciclos de material entre ellos”, dijo Grewal.

Una teoría de larga data acerca de cómo la Tierra recibió sus elementos volátiles es una teoría que postula que los meteoritos ricos en elementos volátiles llegaron después de que se formó el núcleo de la Tierra. Mientras que los rastros isotópicos de los elementos volátiles de la Tierra coinciden con los meteoritos ricos en elementos volátiles, la proporción elemental de carbono a nitrógeno es inexistente. El material sin orígenes en el núcleo central de la Tierra, conocido como «Silicato a Granel», tiene aproximadamente 40 partes de carbono por cada parte de nitrógeno, aproximadamente el doble de la proporción 20-1 que se observa en las condritas carbonosas.

Las condritas carbonosas son meteoritos no metálicos (rocosos) que no han sufrido procesos de fusión o de diferenciación en los asteroides de los que proceden. Representan el 85,7 % de los meteoritos que caen a la Tierra.

Los experimentos de Grewal, que simularon las altas presiones y temperaturas durante la formación del núcleo de la Tierra, probaron la teoría de que un núcleo planetario rico en azufre podría excluir el carbono o el nitrógeno, o ambos, dejando fracciones mucho más grandes 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 llegó al núcleo en tres escenarios: sin azufre, 10 por ciento de azufre y 25 por ciento de azufre.

"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 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 Dasgupta y Grewal diseñaron una simulación por computadora para encontrar el escenario más probable que produjo 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.

"Lo que encontramos es que toda la evidencia (rastros isotópicos, la relación carbono-nitrógeno y las cantidades generales de carbono, nitrógeno y azufre en el silicato a granel de la Tierra) son consistentes con un impacto que resultó formando la luna y que involucra a un planeta similar a Marte, de tamaño grande con un núcleo rico en azufre”, dijo Grewal.

El investigador Dasgupta dijo que comprender mejor el origen de los elementos esenciales de la vida en la Tierra tiene implicaciones más allá de nuestro sistema solar.

"Este estudio sugiere que un planeta rocoso, similar a la Tierra, tiene más oportunidades de adquirir elementos esenciales para la vida si se forma y crece a partir de impactos gigantes con planetas que han aportado diferentes bloques de construcción, tal vez de diferentes partes de un disco protoplanetario", dijo Dasgupta.

"Esto elimina algunas limitaciones. Muestra que los elementos volátiles esenciales para la vida pueden llegar a las capas superficiales de un planeta, incluso si se produjeron en cuerpos planetarios que se sometieron a la formación de núcleos en condiciones muy diferentes".

Dasgupta dice que no parece que, por sí solo, el Silicato a Granel de la Tierra podría haber alcanzado las cantidades de elementos volátiles esenciales para la vida, que luego produjeron nuestra biosfera, atmósfera e hidrosfera. 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.

Referencia del documento científico:
K. Righter et al. Agotamiento de elementos volátiles de la Luna: los roles de los precursores, la dinámica del disco posterior al impacto y la formación del núcleo. Science Advances, 23 de enero del 2019, Vol. 5, no. 1, eaau7658, DOI: 10.1126 / sciadv.aau7658

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