La Tierra se formó relativamente rápido a partir de la nube de polvo y gas alrededor del Sol, atrapando agua y gases en el manto del planeta, según una investigación publicada el 5 de diciembre en la revista Naturaleza . Además de establecer los orígenes de la Tierra, el trabajo podría ayudar a identificar sistemas extrasolares que pudieran soportar planetas habitables.
Basándose en datos desde las profundidades de la Tierra hasta el espacio profundo, el profesor de la Universidad de California Davis, Sujoy Mukhopadhyay, y el investigador postdoctoral Curtis Williams usaron isótopos de neón para mostrar cómo se formó el planeta.
"Estamos tratando de entender dónde y cómo se adquirió el neón en el manto de la Tierra, lo que nos dice qué tan rápido se formó el planeta y en qué condiciones", dijo Williams.
El neón es en realidad un sustituto de donde provienen gases como el agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno, dijo Williams. A diferencia de estos compuestos que son esenciales para la vida, el neón es un gas noble inerte y no está influenciado por químicosy procesos biológicos.
"Así que el neón guarda un recuerdo de dónde vino incluso después de cuatro mil quinientos millones de años", dijo Mukhopadhyay.
Hay tres ideas en competencia sobre cómo se formó la Tierra a partir de un disco protoplanetario de polvo y gas hace más de cuatro mil millones de años y cómo se entregó el agua y otros gases a la Tierra en crecimiento. En el primero, el planeta creció relativamente rápido en doscinco millones de años y capturaron gas de la nebulosa, la nube de polvo y gas que rodeaba al joven Sol. La segunda teoría sugiere que las partículas de polvo se formaron y fueron irradiadas por el Sol por algún tiempo antes de condensarse en objetos en miniatura llamados planetesimales que posteriormente fueron entregados ael planeta en crecimiento. En la tercera opción, la Tierra se formó de manera relativamente lenta y los gases fueron emitidos por meteoritos de condrita carbonosa que son ricos en agua, carbono y nitrógeno.
Estos diferentes modelos tienen consecuencias sobre cómo era la Tierra primitiva, dijo Mukhopadhyay. Si la Tierra se formara rápidamente a partir de la nebulosa solar, habría tenido una gran cantidad de gas hidrógeno en o cerca de la superficie. Pero si la Tierra se hubiera formado a partir decondritas carbonáceas, su hidrógeno habría venido en la forma más oxidada, agua.
Neón desde el fondo del océano hasta el espacio profundo
Para determinar cuál de las tres ideas en competencia sobre la formación de planetas y el suministro de gases era correcta, Williams y Mukhopadhyay midieron con precisión las proporciones de isótopos de neón que quedaron atrapados en el manto de la Tierra cuando se formó el planeta. Neon tiene tres isótopos, neón-20, 21 y 22. Los tres son estables y no radiactivos, pero el neón 21 está formado por la desintegración radiactiva del uranio, por lo que las cantidades de neón 20 y 22 en la Tierra se han mantenido estables desde que se formó el planeta y lo seguirán siendo.siempre, pero el neón 21 se acumula lentamente con el tiempo. Se predice que los tres escenarios para la formación de la Tierra tendrán diferentes proporciones de neón-20 a neón-22.
Lo más cerca que pudieron llegar al manto fue mirar rocas llamadas basaltos de almohada en el fondo del océano. Estas rocas vidriosas son los restos de flujos de las profundidades de la Tierra que se derramaron y se enfriaron en el océano, para luego ser recogidos poruna expedición de perforación dirigida por la Universidad de Rhode Island, que pone su colección a disposición de otros científicos.
Los gases se encuentran en pequeñas burbujas dentro del basalto. Usando una prensa, Williams agrietó las virutas de basalto en una cámara sellada, permitiendo que los gases fluyan hacia un espectrómetro de masas sensible.
Ahora para la parte espacial. Investigadores anteriores establecieron la relación de isótopos de neón para el modelo de "nebulosa solar" formación rápida temprana con datos de la misión Génesis, que capturó partículas del viento solar. Datos para el modelo de "partículas irradiadas"provino de análisis de suelos lunares y de meteoritos. Finalmente, los meteoritos de condrita carbonosa proporcionaron datos para el modelo de "acreción tardía".
Tamaño mínimo para un planeta habitable
Las proporciones de isótopos que encontraron estaban muy por encima de las de las "partículas irradiadas" o los modelos de "acreción tardía", dijo Williams, y apoyan la rápida formación temprana.
"Esta es una clara indicación de que hay neón nebular en el manto profundo", dijo Williams.
El neón, recuerda, es un marcador para esos otros compuestos volátiles. El hidrógeno, el agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno se habrían condensado en la Tierra al mismo tiempo, todos los ingredientes que, hasta donde sabemos, forman parteun planeta habitable
Los resultados implican que para absorber estos compuestos vitales, un planeta debe alcanzar un cierto tamaño, el tamaño de Marte o un poco más grande, antes de que la nebulosa solar se disipe. Las observaciones de otros sistemas solares muestran que esto toma de dos a tresmillones de años, dijo Williams.
¿Ocurre el mismo proceso alrededor de otras estrellas? Las observaciones del observatorio Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, en Chile sugieren que sí, dicen los investigadores.
ALMA utiliza un conjunto de 66 radiotelescopios que funcionan como un solo instrumento para obtener imágenes de polvo y gas en el universo. Puede ver los discos de polvo y gas que forman planetas alrededor de algunas estrellas cercanas. En algunos casos, hay bandas oscuras en esosdiscos donde se ha agotado el polvo.
"Hay un par de formas en que el polvo podría agotarse del disco, y una de ellas es que están formando planetas", dijo Williams.
"Podemos observar la formación de planetas en un disco de gas en otros sistemas solares, y hay un registro similar de nuestro propio sistema solar preservado en el interior de la Tierra", dijo Mukhopadhyay. "Esta podría ser una forma común de formación de planetas en otros lugares."
El trabajo fue financiado por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Original escrito por Andy Fell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :