Imagen: NASA/JPL-Caltech

Una nueva investigaci√≥n sugiere que gran parte del material que hizo posible la vida en la Tierra lleg√≥ despu√©s de una colisi√≥n catacl√≠smica entre nuestro planeta y un objeto del tama√Īo de Marte hace miles de millones de a√Īos, probablemente la misma colisi√≥n que produjo la Luna, cuentan los cient√≠ficos.

Para que la vida emerja en un planeta muerto, se requiere una variedad de compuestos qu√≠micos o elementos vol√°tiles que incluyen carbono, nitr√≥geno y azufre. El pensamiento convencional dice que los elementos vol√°tiles de la Tierra llegaron a trav√©s del bombardeo constante de meteoritos antiguos. Una nueva investigaci√≥n publicada en Science Advances propone un mecanismo de entrega alternativo: una colisi√≥n catastr√≥fica entre la Tierra y un objeto del tama√Īo de Marte, a veces denominado Theia, hace unos 4.400 millones de a√Īos. De acuerdo con el art√≠culo, esta hipot√©tica colisi√≥n, que habr√≠a ocurrido mientras nuestro planeta a√ļn se estaba formando, sembr√≥ a la Tierra con los elementos vol√°tiles necesarios para la vida. Y que es m√°s importante, los autores principales del nuevo estudio, Damanveer S. Grewal y Rajdeep Dasgupta de la Universidad Rice, dicen que es la misma colisi√≥n que form√≥ la Luna.

Imagen: NASA/JPL-Caltech

Para muchos astr√≥nomos, ge√≥logos y astrobi√≥logos, la noci√≥n de que los elementos vol√°tiles de la Tierra llegaron de los meteoritos primitivos nunca ha sido completamente satisfactoria. Nuestro planeta, junto con otros planetas rocosos en el Sistema Solar, est√° naturalmente desprovisto de compuestos vol√°tiles. Da la casualidad de que la firma isot√≥pica 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 nitr√≥geno y agua al carbono, en el silicato, manto, corteza, oc√©ano y atm√≥sfera de la Tierra est√°n fuera de sinton√≠a con lo que se observa en las condritas, lo que lleva a la llamada ‚Äúcrisis de is√≥topos‚ÄĚ que genera dudas sobre la teor√≠a de la siembra de meteoritos. El nuevo estudio es interesante porque ofrece una soluci√≥n a este problema, pero en lugar de invocar una gran cantidad de peque√Īos ataques de meteoritos, los autores propusieron una colisi√≥n √ļnica y gigantesca entre la Tierra y un planeta antiguo.

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La base de esta afirmaci√≥n proviene de un experimento en el que los investigadores intentaron imitar las condiciones de este impacto en el laboratorio. El estudio involucr√≥ experimentos de alta presi√≥n y temperatura, junto con simulaciones por ordenador alimentadas con la informaci√≥n obtenida de estos experimentos. A trav√©s de este trabajo de modelado, los investigadores buscaron determinar el tama√Īo y la composici√≥n qu√≠mica del planeta impactante para ver de qu√© forma su dep√≥sito de silicatos podr√≠a 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 art√≠culo similar que muestra c√≥mo la cantidad, o el fraccionamiento de carbono y azufre en el silicato de nuestro planeta podr√≠a explicarse por una colisi√≥n gigantesca con otro planeta. El nuevo experimento es diferente porque investig√≥ el destino de tres elementos vol√°tiles esenciales para la vida, carbono, nitr√≥geno y azufre, a ra√≠z de un impacto catacl√≠smico que involucr√≥ a dos planetas rocosos j√≥venes, adem√°s de proporcionar una estimaci√≥n del tama√Īo del impacto hipot√©tico.

‚ÄúDesafortunadamente, el carbono y el azufre solos no pueden proporcionar una soluci√≥n al origen de los vol√°tiles en la Tierra‚ÄĚ, cuenta Dasgupta a Gizmodo. Sin el nitr√≥geno, el carbono y el azufre de la Tierra tambi√©n podr√≠an provenir de meteoritos primitivos, explic√≥, porque la relaci√≥n carbono-azufre del silicato de la Tierra es similar a la de las condritas.

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‚ÄúLo que mostramos en el trabajo actual, es que cuando uno considera el carbono, el nitr√≥geno y el azufre juntos, la soluci√≥n m√°s probable es la entrega a trav√©s de un impacto gigante o la fusi√≥n de la proto-Tierra con un planeta del tama√Īo de Marte‚ÄĚ, dijo.

Para simular las condiciones de esta supuesta destrucci√≥n 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 kil√≥metros. Estos materiales, que inclu√≠an silicatos y una aleaci√≥n de hierro y n√≠quel, se mezclaron con azufre, carbono y nitr√≥geno, lo que representa la contribuci√≥n qu√≠mica del planeta embrionario del tama√Īo 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.

‚ÄúLo que encontraron es que, cuando hay una gran cantidad de azufre en el sistema, el elemento carbono se comporta de manera diferente al nitr√≥geno y no entra en el metal [es decir, el n√ļcleo del planeta simulado] tan f√°cilmente, y puede llevar a una proporci√≥n de estos elementos que coincide con la proporci√≥n de los elementos en la Tierra de hoy en d√≠a‚ÄĚ, cuenta a Gizmodo James Day, profesor de la Instituci√≥n Scripps de Oceanograf√≠a que no particip√≥ en el nuevo estudio.

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Los investigadores tambi√©n demostraron que el vidrio volc√°nico en la Luna y el silicato a granel de la Tierra (el material que rodea el n√ļcleo) tienen firmas isot√≥picas similares que apuntan a un origen com√ļn. Los investigadores argumentaron que la explicaci√≥n m√°s probable es un impacto masivo con un planeta del tama√Īo de Marte, una colisi√≥n que no solo liber√≥ la mayor parte del carbono, nitr√≥geno y azufre de nuestro planeta, sino que tambi√©n produjo la Luna.

‚ÄúNuestro estudio desaf√≠a los modelos existentes de m√©todos de entrega de elementos vol√°tiles‚ÄĚ, dijo Dasgupta a Gizmodo. ‚ÄúTambi√©n resuelve el problema de que las relaciones de elementos vol√°tiles de las capas superficiales de la Tierra son claramente diferentes de los bloques de construcci√≥n de formaci√≥n planetaria que conocemos como condritas‚ÄĚ.

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Day describi√≥ el nuevo estudio como ‚Äúcompleto‚ÄĚ, y dijo que los autores son ‚Äúexpertos en experimentos para comprender los procesos planetarios‚ÄĚ, lo que en su opini√≥n ‚Äúes realmente de lo que trata este art√≠culo‚ÄĚ. De hecho, el estudio se bas√≥ casi exclusivamente en pruebas experimentales y modelado, requiriendo a los autores hacer varias suposiciones. Como explic√≥ Day, por ejemplo, los materiales que formaron la Tierra pueden no ser absolutamente id√©nticos a los utilizados en el estudio.

Seg√ļn el nuevo documento, la ‚Äúcapa de silicato proto-Tierra, antes de que colisionara, al menos en este escenario, es pobre en carbono, azufre y nitr√≥geno‚ÄĚ, dijo Day. En realidad, sin embargo, ‚Äúla abundancia de estos elementos en el manto de la Tierra antes del impacto de formaci√≥n de la Luna es desconocida‚ÄĚ, explic√≥. Adem√°s, el escenario propuesto por los investigadores ‚Äúparece asumir que el n√ļcleo de metal rico en azufre del embri√≥n planetario cae en el n√ļcleo de la Tierra sin interactuar con la capa de silicato‚ÄĚ, y agreg√≥ que ‚Äúmuchas simulaciones sugieren que esto no es necesariamente el caso, y por lo tanto esto puede ser simplificado en exceso‚ÄĚ.

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En cuanto a la comparaci√≥n del nitr√≥geno y el hidr√≥geno dentro del vidrio volc√°nico lunar con la composici√≥n de la Tierra, y luego afirmando un origen com√ļn, Day tampoco estaba convencido.

‚ÄúEn s√≠ mismos, los vidrios pirocl√°sticos de la Luna son rocas volc√°nicas complicadas y la causa del enriquecimiento de hidr√≥geno y nitr√≥geno en estas muestras a√ļn es controversial‚ÄĚ, dijo a Gizmodo. ‚ÄúAdem√°s, al vincular el impacto de la formaci√≥n de la Luna con el enriquecimiento de nitr√≥geno, carbono y azufre, varios estudios han argumentado [por ej. aqu√≠ y aqu√≠] que el impacto que forma la Tierra-Luna pudo haber sido m√°s peque√Īo o m√°s grande que un cuerpo del tama√Īo de Marte, sin violar las restricciones geoqu√≠mica‚ÄĚ.

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En √ļltima instancia, Day dice que el nuevo documento es √ļtil para comprender el comportamiento del carbono, el azufre y el nitr√≥geno en tama√Īos de embriones planetarios relativamente peque√Īos, y tambi√©n puede ser importante para comprender c√≥mo se comportan estos vol√°tiles dentro de Marte.

‚ÄúSe necesita m√°s de estos tipos de estudio para comprender c√≥mo se comportan estos elementos, especialmente para planetas con la masa de la Tierra. Sin embargo, si bien este estudio sugiere un objeto del tama√Īo de Marte, no es probable que sea la‚ÄĚ pistola humeante‚ÄĚ, ya sea sobre c√≥mo y cu√°ndo se enviaron los vol√°tiles a la Tierra, o el tama√Īo del objeto que forma el sistema Tierra-Luna‚ÄĚ.

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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 pidi√≥ que describiera las debilidades del art√≠culo, Dasgupta admiti√≥ que el trabajo estaba ‚Äúbasado completamente en el comportamiento geoqu√≠mico de los elementos‚ÄĚ que no inclu√≠a ninguna ‚Äúdin√°mica o procesos f√≠sicos involucrados en la acumulaci√≥n y el crecimiento planetario‚ÄĚ. Mirando hacia el futuro, Dasgupta y sus colegas quieren hacer exactamente esto, integrando su nuevo modelo geoqu√≠mico con modelos f√≠sicos.

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En otras palabras, esto a√ļn no ha terminado. [Science Advances]