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Una violenta colisión con otro planeta pudo haber sembrado la Tierra con los ingredientes para la vida

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Imagen: NASA/JPL-Caltech

Una nueva investigación sugiere que gran parte del material que hizo posible la vida en la Tierra llegó después de una colisión cataclísmica entre nuestro planeta y un objeto del tamaño de Marte hace miles de millones de años, probablemente la misma colisión que produjo la Luna, cuentan los científicos.

Para que la vida emerja en un planeta muerto, se requiere una variedad de compuestos químicos o elementos volátiles que incluyen carbono, nitrógeno y azufre. El pensamiento convencional dice que los elementos volátiles de la Tierra llegaron a través del bombardeo constante de meteoritos antiguos. Una nueva investigación publicada en Science Advances propone un mecanismo de entrega alternativo: una colisión catastrófica entre la Tierra y un objeto del tamaño de Marte, a veces denominado Theia, hace unos 4.400 millones de años. De acuerdo con el artículo, esta hipotética colisión, que habría ocurrido mientras nuestro planeta aún se estaba formando, sembró a la Tierra con los elementos volátiles necesarios para la vida. Y que es más importante, los autores principales del nuevo estudio, Damanveer S. Grewal y Rajdeep Dasgupta de la Universidad Rice, dicen que es la misma colisión que formó la Luna.

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Imagen: NASA/JPL-Caltech

Para muchos astrónomos, geólogos y astrobiólogos, la noción de que los elementos volátiles de la Tierra llegaron de los meteoritos primitivos nunca ha sido completamente satisfactoria. Nuestro planeta, junto con otros planetas rocosos en el Sistema Solar, está naturalmente desprovisto de compuestos volátiles. Da la casualidad de que la firma isotópica de los elementos de la Tierra coincide con los observados en las condritas carbonosas, la clase de meteoritos que se cita habitualmente como los que enviaron los elementos a la Tierra. El problema es que las proporciones de estos elementos, como el carbono a nitrógeno y agua al carbono, en el silicato, manto, corteza, océano y atmósfera de la Tierra están fuera de sintonía con lo que se observa en las condritas, lo que lleva a la llamada “crisis de isótopos” que genera dudas sobre la teoría de la siembra de meteoritos. El nuevo estudio es interesante porque ofrece una solución a este problema, pero en lugar de invocar una gran cantidad de pequeños ataques de meteoritos, los autores propusieron una colisión única y gigantesca entre la Tierra y un planeta antiguo.

La base de esta afirmación proviene de un experimento en el que los investigadores intentaron imitar las condiciones de este impacto en el laboratorio. El estudio involucró experimentos de alta presión y temperatura, junto con simulaciones por ordenador alimentadas con la información obtenida de estos experimentos. A través de este trabajo de modelado, los investigadores buscaron determinar el tamaño y la composición química del planeta impactante para ver de qué forma su depósito de silicatos podría haberse mezclado con la Tierra, entregando sus diversos elementos esenciales para la vida.

Imagen: Rajdeep Dasgupta
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En 2016, Dasgupta fue coautor de un artículo similar que muestra cómo la cantidad, o el fraccionamiento de carbono y azufre en el silicato de nuestro planeta podría explicarse por una colisión gigantesca con otro planeta. El nuevo experimento es diferente porque investigó el destino de tres elementos volátiles esenciales para la vida, carbono, nitrógeno y azufre, a raíz de un impacto cataclísmico que involucró a dos planetas rocosos jóvenes, además de proporcionar una estimación del tamaño del impacto hipotético.

Desafortunadamente, el carbono y el azufre solos no pueden proporcionar una solución al origen de los volátiles en la Tierra”, cuenta Dasgupta a Gizmodo. Sin el nitrógeno, el carbono y el azufre de la Tierra también podrían provenir de meteoritos primitivos, explicó, porque la relación carbono-azufre del silicato de la Tierra es similar a la de las condritas.

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Lo que mostramos en el trabajo actual, es que cuando uno considera el carbono, el nitrógeno y el azufre juntos, la solución más probable es la entrega a través de un impacto gigante o la fusión de la proto-Tierra con un planeta del tamaño de Marte”, dijo.

Para simular las condiciones de esta supuesta destrucción planetaria, Dasgupta y sus colegas calentaron y presurizaron los materiales que se cree que existen dentro de la Tierra durante su etapa de desarrollo. Esto se hizo para replicar, al menos en microcosmos, las condiciones en la Tierra a profundidades entre 40 y 120 kilómetros. Estos materiales, que incluían silicatos y una aleación de hierro y níquel, se mezclaron con azufre, carbono y nitrógeno, lo que representa la contribución química del planeta embrionario del tamaño de Marte. Los investigadores observaron cuidadosamente el comportamiento de estos materiales mientras ajustaban una serie de variables.

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Los resultados mostraron que era menos probable que el carbono se uniera al hierro metálico que se mezclaba con aleaciones ricas en nitrógeno y azufre. Al mismo tiempo, el nitrógeno no se vio afectado por el azufre.

Lo que encontraron es que, cuando hay una gran cantidad de azufre en el sistema, el elemento carbono se comporta de manera diferente al nitrógeno y no entra en el metal [es decir, el núcleo del planeta simulado] tan fácilmente, y puede llevar a una proporción de estos elementos que coincide con la proporción de los elementos en la Tierra de hoy en día”, cuenta a Gizmodo James Day, profesor de la Institución Scripps de Oceanografía que no participó en el nuevo estudio.

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Los investigadores también demostraron que el vidrio volcánico en la Luna y el silicato a granel de la Tierra (el material que rodea el núcleo) tienen firmas isotópicas similares que apuntan a un origen común. Los investigadores argumentaron que la explicación más probable es un impacto masivo con un planeta del tamaño de Marte, una colisión que no solo liberó la mayor parte del carbono, nitrógeno y azufre de nuestro planeta, sino que también produjo la Luna.

Nuestro estudio desafía los modelos existentes de métodos de entrega de elementos volátiles”, dijo Dasgupta a Gizmodo. “También resuelve el problema de que las relaciones de elementos volátiles de las capas superficiales de la Tierra son claramente diferentes de los bloques de construcción de formación planetaria que conocemos como condritas”.

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Day describió el nuevo estudio como “completo”, y dijo que los autores son “expertos en experimentos para comprender los procesos planetarios”, lo que en su opinión “es realmente de lo que trata este artículo”. De hecho, el estudio se basó casi exclusivamente en pruebas experimentales y modelado, requiriendo a los autores hacer varias suposiciones. Como explicó Day, por ejemplo, los materiales que formaron la Tierra pueden no ser absolutamente idénticos a los utilizados en el estudio.

Según el nuevo documento, la “capa de silicato proto-Tierra, antes de que colisionara, al menos en este escenario, es pobre en carbono, azufre y nitrógeno”, dijo Day. En realidad, sin embargo, “la abundancia de estos elementos en el manto de la Tierra antes del impacto de formación de la Luna es desconocida”, explicó. Además, el escenario propuesto por los investigadores “parece asumir que el núcleo de metal rico en azufre del embrión planetario cae en el núcleo de la Tierra sin interactuar con la capa de silicato”, y agregó que “muchas simulaciones sugieren que esto no es necesariamente el caso, y por lo tanto esto puede ser simplificado en exceso”.

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En cuanto a la comparación del nitrógeno y el hidrógeno dentro del vidrio volcánico lunar con la composición de la Tierra, y luego afirmando un origen común, Day tampoco estaba convencido.

En sí mismos, los vidrios piroclásticos de la Luna son rocas volcánicas complicadas y la causa del enriquecimiento de hidrógeno y nitrógeno en estas muestras aún es controversial”, dijo a Gizmodo. “Además, al vincular el impacto de la formación de la Luna con el enriquecimiento de nitrógeno, carbono y azufre, varios estudios han argumentado [por ej. aquí y aquí] que el impacto que forma la Tierra-Luna pudo haber sido más pequeño o más grande que un cuerpo del tamaño de Marte, sin violar las restricciones geoquímica”.

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En última instancia, Day dice que el nuevo documento es útil para comprender el comportamiento del carbono, el azufre y el nitrógeno en tamaños de embriones planetarios relativamente pequeños, y también puede ser importante para comprender cómo se comportan estos volátiles dentro de Marte.

Se necesita más de estos tipos de estudio para comprender cómo se comportan estos elementos, especialmente para planetas con la masa de la Tierra. Sin embargo, si bien este estudio sugiere un objeto del tamaño de Marte, no es probable que sea la” pistola humeante”, ya sea sobre cómo y cuándo se enviaron los volátiles a la Tierra, o el tamaño del objeto que forma el sistema Tierra-Luna”.

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Se requerirá más evidencia para probar la procedencia de los elemenos de la Tierra, y también la naturaleza de la formación de la Luna. La hipótesis del impacto gigante, propuesta por primera vez por el geólogo canadiense Reginald A. Daly en la década de 1940, es una de muchas, y el debate sigue sin resolverse.

Cuando se le pidió que describiera las debilidades del artículo, Dasgupta admitió que el trabajo estaba “basado completamente en el comportamiento geoquímico de los elementos” que no incluía ninguna “dinámica o procesos físicos involucrados en la acumulación y el crecimiento planetario”. Mirando hacia el futuro, Dasgupta y sus colegas quieren hacer exactamente esto, integrando su nuevo modelo geoquímico con modelos físicos.

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En otras palabras, esto aún no ha terminado. [Science Advances]

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