Investigadores del MIT e instituciones afiliadas han descubierto rastros excepcionalmente raros de “proto-Tierra”, el antiguo precursor de nuestro planeta que existió hace unos 4.500 millones de años. Este mundo primordial tomó forma antes de que una colisión masiva cambiara su química para siempre y diera origen al mundo en el que vivimos hoy. Descubrimiento, descrito el 14 de octubre. Naturaleza y Geografíapodría ayudar a los científicos a reconstruir los elementos más antiguos que dieron forma no solo a la Tierra sino al resto del sistema solar
Hace miles de millones de años, el Sistema Solar era una gigantesca nube arremolinada de gas y polvo. Con el tiempo, este material se fusionó hasta formar materia sólida para formar los primeros meteoritos. Estos meteoritos se fusionaron gradualmente para formar la protoTierra y sus planetas vecinos.
En su infancia, la Tierra era un mundo cubierto de lava fundida. Menos de 100 millones de años después, sufrió un evento catastrófico cuando un cuerpo del tamaño de Marte chocó contra el joven planeta en lo que los científicos llaman un “impacto gigante”. La colisión derritió y fusionó el interior del planeta, borrando gran parte de su identidad química original. Durante décadas, los científicos creyeron que cualquier rastro de protoTierra fue completamente destruido en ese trastorno cósmico.
Pero los nuevos resultados del equipo del MIT desafían esa suposición. Los investigadores han encontrado una firma química inusual en muestras de rocas antiguas y profundas que difieren de la mayoría de los materiales que se encuentran hoy en la Tierra. Esta firma aparece como un ligero desequilibrio en los isótopos de potasio: átomos del mismo elemento con diferente número de neutrones. Después de un análisis exhaustivo, los científicos concluyeron que la anomalía no pudo haber sido creada por un impacto posterior o procesos geológicos en curso dentro de la Tierra.
La explicación más plausible es que estas rocas conservan pequeñas porciones del material original de la protoTierra, sobreviviendo de alguna manera a la violenta remodelación del planeta.
“Esta es probablemente la primera evidencia directa de que hemos preservado materiales prototerrestres”, dijo Nicole Nee, profesora asistente de desarrollo profesional de Ciencias de la Tierra y Planetarias Paul M. Cook en el MIT. “Vemos un fragmento de una Tierra muy antigua, incluso antes del impacto gigante. Esto es sorprendente porque esperaríamos que esta huella tan temprana fuera borrada gradualmente por la evolución de la Tierra”.
Los coautores de NI incluyen a Da Wang de la Universidad Tecnológica de Chengdu (China), Steven Shiry y Richard Carlson del Instituto Carnegie para la Ciencia (Washington, DC), Bradley Peters de ETH Zurich (Suiza) y James Day del Instituto Scripps de Oceanografía (California).
Una anomalía curiosa
En 2023, Nie y su equipo examinaron numerosos meteoritos bien documentados recolectados en todo el mundo. Estos meteoritos se formaron en diferentes momentos y lugares a lo largo del Sistema Solar, capturando su química cambiante a lo largo de miles de millones de años. Cuando los investigadores compararon sus composiciones con la de la Tierra, notaron una extraña “anomalía isotópica de potasio”.
El potasio se produce naturalmente en tres formas isotópicas: potasio-39, potasio-40 y potasio-41, cada una ligeramente diferente en masa atómica. En el mundo moderno, dominan el potasio-39 y el potasio-41, mientras que el potasio-40 existe sólo en cantidades mínimas. Sin embargo, los meteoritos suelen exhibir proporciones de isótopos diferentes a las observadas en la Tierra.
Este hallazgo sugirió que cualquier material que muestre el mismo desequilibrio de potasio debe provenir de material que existía antes de que el impacto gigante cambiara la química de la Tierra. En resumen, la anomalía puede servir como una huella digital de la materia prototerrestre.
“En ese trabajo, descubrimos que diferentes meteoritos tienen diferentes firmas isotópicas de potasio, y esto significa que el potasio puede usarse como marcador de los componentes básicos de la Tierra”, explica Ni.
“Construido de manera diferente”
En el estudio actual, el equipo buscó signos de anomalías de potasio dentro de la Tierra, no en el meteorito. Entre sus muestras se incluyen, en forma de polvo, procedentes de Groenlandia y Canadá, donde se encuentran algunas rocas antiguas conservadas. También analizaron depósitos de lava recolectados en Hawái, donde los volcanes sacaron algunos de los materiales más antiguos y profundos de la Tierra en el manto (la roca más gruesa del planeta que separa la corteza del núcleo).
“Si esta firma de potasio se conserva, queremos buscarla en el tiempo profundo y en las profundidades de la Tierra”, dijo Ni.
El equipo primero disolvió varias muestras de polvo en ácido, luego separó cuidadosamente el potasio del resto de la muestra y utilizó un espectrómetro de masas especial para medir la proporción de cada uno de los tres isótopos de potasio. Sorprendentemente, identificaron una firma isotópica en la muestra que es diferente de la que se ha encontrado en la mayoría de los materiales de la Tierra.
En concreto, identificaron una deficiencia en el isótopo potasio-40. En la mayoría de los elementos de la Tierra, este isótopo ya constituye una fracción insignificante en comparación con los otros dos isótopos del potasio. Pero los investigadores se dieron cuenta de que sus muestras contenían un porcentaje aún menor de potasio-40. Detectar esta pequeña deficiencia es más como ver un solo grano de arena marrón en un balde que una pala llena de arena amarilla.
El equipo descubrió que, de hecho, las muestras presentaban deficiencia de potasio-40, lo que demuestra que los materiales estaban “construidos de manera diferente”, dijo Ni, en comparación con la mayor parte de lo que vemos hoy en la Tierra.
¿Pero podrían las muestras ser restos raros de la protoTierra? Para responder a esto, los investigadores plantearon la hipótesis de que este podría ser el caso. Razonaron que si la proto-Tierra estaba originalmente hecha de material deficiente en potasio-40, gran parte de este material habría sufrido cambios químicos (desde impactos masivos y posteriores impactos de meteoritos más pequeños) que eventualmente dieron como resultado el material más rico en potasio-40 que vemos hoy.
El equipo utilizó datos de composición de cada meteorito conocido y simuló cómo cambiaría la deficiencia de potasio-40 de la muestra debido a los impactos de estos meteoritos y a los impactos gigantes. También simularon procesos geológicos que la Tierra experimentó a lo largo del tiempo, como el calentamiento y la mezcla del manto. En última instancia, sus simulaciones produjeron una composición con una fracción ligeramente mayor de potasio-40 que las muestras de Canadá, Groenlandia y Hawái. Más importante aún, las composiciones simuladas combinan con la mayoría de los materiales modernos.
El trabajo sugiere que los elementos con deficiencia de potasio-40 probablemente sean elementos clave que quedaron de la protoTierra.
Curiosamente, la firma de la muestra no coincide exactamente con la de ningún otro meteorito de la colección de los geólogos. Aunque los meteoritos del trabajo anterior del equipo mostraron anomalías de potasio, no son exactamente las deficiencias observadas en las muestras de protoTierra. Esto significa que aún no se han descubierto todos los meteoritos y elementos que formaron originalmente la protoTierra.
“Los científicos están tratando de comprender la composición química básica de la Tierra uniendo la composición de diferentes grupos de meteoritos”, dijo Ni. “Pero nuestra investigación muestra que el inventario actual de meteoritos está lejos de estar completo y que hay mucho más que aprender sobre el origen de nuestro planeta”.
Este trabajo fue apoyado en parte por la NASA y el MIT.
