Pesquisadores do MIT e de instituições colaboradoras descobriram vestígios extremamente raros da “proto-Terra”, o antigo precursor da Terra que existiu há cerca de 4,5 bilhões de anos. Este mundo primitivo foi formado antes de uma colisão massiva mudar para sempre a sua química e formar a Terra em que vivemos hoje. A descoberta foi publicada em 14 de outubro em ” geociências naturaispoderia ajudar os cientistas a reconstruir os primeiros ingredientes que moldaram não apenas a Terra, mas o resto do sistema solar.
Há bilhões de anos, o sistema solar era uma nuvem gigante e rodopiante de gás e poeira. Com o tempo, esses materiais se combinaram em sólidos, formando os primeiros meteoritos. Esses meteoritos fundiram-se gradualmente através de impactos repetidos para formar a proto-Terra e seus planetas vizinhos.
Na sua infância, a Terra era um mundo derretido coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, sofreu um evento catastrófico quando um objeto do tamanho de Marte atingiu o jovem planeta, no que os cientistas chamam de “impacto gigante”. A colisão derreteu e misturou o interior do planeta, apagando muitas das suas propriedades químicas originais. Durante décadas, os cientistas acreditaram que qualquer vestígio da Terra original foi completamente destruído naquela convulsão cósmica.
No entanto, novos resultados da equipa do MIT desafiam esta suposição. Os pesquisadores descobriram uma assinatura química incomum em amostras antigas de rochas profundas que é diferente da maioria dos materiais encontrados hoje na Terra. Esta característica 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 causada por um impacto posterior ou por processos geológicos em curso na Terra.
A explicação mais razoável é que estas rochas retiveram uma pequena porção do material original da Terra original e de alguma forma sobreviveram à dramática remodelação da Terra.
“Esta pode ser a primeira evidência direta de que preservamos materiais proto-Terra”, disse Nicole Nie, professora assistente de desenvolvimento de carreira Paul M. Cook de Ciências da Terra e Planetárias no MIT. “Estamos vendo parte da Terra muito antiga, mesmo antes do impacto gigante. Isto é realmente incrível porque esperávamos que esta característica muito antiga desaparecesse lentamente à medida que a Terra evoluía.”
Os co-autores de Nie incluem Da Wang da Universidade de Tecnologia de Chengdu (China), Steven Shirey 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 estranha anomalia
Em 2023, Nie e sua equipe examinaram uma grande e bem documentada coleção de meteoritos de todo o mundo. Formados em diferentes épocas e locais ao longo do sistema solar, estes meteoritos captam as mudanças químicas de milhares de milhões de anos. Quando os pesquisadores compararam sua composição com a da Terra, notaram uma peculiar “anomalia isotópica de potássio”.
O potássio ocorre na natureza como três isótopos – potássio-39, potássio-40 e potássio-41 – cada um com massas atômicas ligeiramente diferentes. Na Terra moderna, o potássio-39 e o potássio-41 são dominantes, enquanto o potássio-40 está presente apenas em pequenas quantidades. No entanto, os meteoritos apresentam proporções isotópicas diferentes daquelas comumente vistas na Terra.
Esta descoberta sugere que qualquer material que apresente o mesmo desequilíbrio de potássio deve provir de material que existia antes de impactos gigantescos alterarem a geoquímica. Essencialmente, esta anomalia serve como uma impressão digital do material original da Terra.
“Neste trabalho, descobrimos que diferentes meteoritos têm diferentes assinaturas de isótopos de potássio, o que significa que o potássio pode ser usado como traçador dos blocos de construção da Terra”, explicou Nie.
“Construído de forma diferente”
No estudo atual, a equipe procurou sinais de anomalias de potássio não em meteoritos, mas na Terra. Suas amostras incluíam rochas em pó da Groenlândia e do Canadá, onde são encontradas algumas das rochas preservadas mais antigas. Eles também analisaram depósitos de lava coletados no Havaí, onde os vulcões trouxeram alguns dos materiais mais antigos e profundos da Terra do manto, a camada rochosa mais espessa da Terra que separa a crosta do núcleo.
“Se esta assinatura de potássio for preservada, gostaríamos de procurá-la num tempo distante e nas profundezas da Terra”, disse Nie.
A equipe primeiro dissolveu várias amostras de pó em ácido, depois separou cuidadosamente o potássio do resto da amostra e usou um espectrômetro de massa especial para medir as proporções dos três isótopos do potássio. Notavelmente, eles encontraram assinaturas isotópicas nas amostras que eram diferentes daquelas encontradas na maioria dos materiais da Terra.
Especificamente, eles encontraram um defeito no isótopo potássio-40. Este isótopo é insignificante em comparação com os outros dois isótopos de potássio encontrados na maioria dos materiais da Terra. Mas os pesquisadores descobriram que a quantidade de potássio 40 na amostra era ainda menor. Detectar essa pequena falha é como encontrar um grão de areia marrom em um balde, em vez de uma colher cheia de areia amarela.
A equipe descobriu que as amostras apresentavam deficiência de potássio-40, sugerindo que os materiais foram “construídos de forma diferente” da maioria dos materiais que vemos hoje na Terra, disse Nie.
Mas poderiam estas amostras ser remanescentes raros da proto-Terra? Para responder a essa pergunta, os pesquisadores levantaram a hipótese de que esse poderia ser o caso. Eles raciocinaram que se a proto-Terra fosse originalmente feita deste material pobre em potássio-40, então a maior parte deste material teria sofrido alterações químicas – desde impactos gigantescos e subsequentes impactos de meteoritos mais pequenos – eventualmente levando ao material que vemos hoje que contém mais potássio-40.
A equipe usou dados de composição de todos os meteoritos conhecidos e modelou como a falta de potássio-40 nas amostras mudaria após a exposição a esses meteoritos e impactos gigantes. Eles também simularam processos geológicos pelos quais a Terra passa ao longo do tempo, como o aquecimento e a mistura do manto. Em última análise, as suas simulações produziram composições com teor de potássio-40 ligeiramente superior ao das amostras do Canadá, Gronelândia e Havai. Além do mais, a composição simulada corresponde à maioria dos materiais modernos.
Este trabalho sugere que o material deficiente em potássio-40 é provavelmente o material primitivo remanescente da Terra original.
Estranhamente, as características destas amostras não correspondem exactamente a quaisquer outros meteoritos nas colecções de geólogos. Embora os meteoritos do trabalho anterior da equipe mostrassem anomalias de potássio, eles não eram exatamente os defeitos observados nas amostras da proto-Terra. Isto significa que os meteoritos e materiais que originalmente formaram a proto-Terra ainda não foram descobertos.
“Os cientistas têm tentado compreender a composição química original da Terra combinando os componentes de diferentes grupos de meteoritos”, disse Nie. “Mas o nosso estudo mostra que os atuais inventários de meteoritos estão incompletos e ainda há muito a aprender sobre a origem do nosso planeta.”
Este trabalho foi apoiado em parte pela NASA e pelo MIT.
