Neón del manto ilumina la formación de la Tierra
NASA

La Tierra se formó con relativa rapidez a partir de la nube de polvo y gas alrededor del Sol, atrapando el agua y los gases en el manto del planeta, según un nuevo estudio publicado en ‘Nature’.

Además de establecer los orígenes de la Tierra, el trabajo podría ayudar a identificar sistemas extrasolares que podrían sustentar planetas habitables.

Basándose en datos de las profundidades de la Tierra al espacio profundo, el profesor Sujoy Mukhopadhyay, de la Universidad de California Davis, Estados Unidos, y el investigador postdoctoral Curtis Williams utilizaron 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 cómo de rápido se formó el planeta y en qué condiciones”, afirma Williams.

El neón es en realidad un sustituto del origen de gases como el agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno, dice Williams. A diferencia de estos compuestos que son esenciales para la vida, el neón es un gas noble inerte, y no está influenciado por procesos químicos y biológicos. “Así que el neón conserva un recuerdo de dónde vino, incluso después de 4.500 millones de años”, dice Mukhopadhyay.

Existen tres ideas contrapuestas sobre cómo se formó la Tierra a partir de un disco protoplanetario de polvo y gas hace más de 4.500 millones de años y cómo el agua y otros gases se entregaron a la Tierra en crecimiento. En el primero, el planeta creció con relativa rapidez durante dos a cinco millones de años y capturó el gas de la nebulosa, la nube de polvo y gas que rodea al joven Sol.

La segunda teoría sugiere que las partículas de polvo se formaron y fueron irradiadas por el Sol durante algún tiempo antes de condensarse en objetos en miniatura llamados planetesimales, que se entregaron posteriormente al planeta en crecimiento. En la tercera opción, la Tierra se formó de manera relativamente lenta y los gases fueron suministrados por meteoritos de condrita carbonosa que son ricos en agua, carbono y nitrógeno.

Estos diferentes modelos tienen consecuencias sobre cómo era la Tierra primitiva, dice Mukhopadhyay. Si la Tierra se hubiera formado rápidamente a partir de la nebulosa solar, habría tenido una gran cantidad de gas hidrógeno en la superficie o cerca de ella. Pero si la Tierra se creado a partir de condritas carbonosas, su hidrógeno habría llegado en la forma más oxidada, el agua.

NEÓN DESDE EL FONDO DEL OCEÁNO HASTA EL ESPACIO PROFUNDO

Para averiguar cuál de las tres ideas en competencia sobre la formación de planetas y la entrega de gases fueron correctas, 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.

El neón tiene tres isótopos, neón-20, 21 y 22. Los tres son estables y no radiactivos, pero neón-21 está formado por la desintegración radiactiva del uranio. Así que las cantidades de neón-20 y 22 en la Tierra se han mantenido estables desde que se formó el planeta y se mantendrán así para siempre, pero 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 podían llegar al manto era mirar rocas llamadas almohadas de basalto en el fondo del océano. Estas rocas vítreas son los restos de flujos de las profundidades de la Tierra que se derramaron y se enfriaron en el océano, que luego fueron recolectados por una expedición de perforación liderada por la Universidad de Rhode Island (Estados Unidos), que pone su colección a disposición de otros científicos. Los gases se encuentran en pequeñas burbujas dentro del basalto. Usando una prensa, Williams trituró trozos de basalto en una cámara sellada, permitiendo que los gases fluyeran hacia un espectrómetro de masas sensible.

Por la parte del espacio, investigadores anteriores establecieron la proporción de isótopos de neón para el modelo de “nebulosa solar” (rápida formación temprana) con datos de la misión ‘Génesis’, que capturó partículas del viento solar. Los datos para el modelo de “partículas irradiadas” provienen de análisis de suelos lunares y de meteoritos. Finalmente, los meteoritos de condrita carbonácea proporcionaron datos para el modelo de “acreción tardía”.

TAMAÑO MÍNIMO PARA UN PLANETA HABITABLE

Las proporciones de isótopos que encontraron fueron muy superiores a las de los modelos de “partículas irradiadas” o “acreción tardía”, explica Williams, y respaldan la rápida formación temprana. “Esta es una clara indicación de que hay un neón nebular en el manto profundo”, dijo Williams.

El neón, recuerda este experto, es un marcador de 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, por lo que sabemos, forman un 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 lleva alrededor de dos a tres millones de años, dice Williams.

¿Ocurre el mismo proceso alrededor de otras estrellas? Las observaciones del ‘Atacama Large Millimeter Array’ (ALMA), un observatorio en Chile, sugieren que sí, señalan los investigadores. ALMA utiliza una serie de 66 radiotelescopios que funcionan como un solo instrumento para generar imágenes de polvo y gas en el universo. Puede ver los discos de polvo y gas que forman el planeta alrededor de algunas estrellas cercanas. En algunos casos, hay bandas oscuras en los discos donde el polvo se ha agotado.

“Hay un par de formas en que el polvo se puede agotar del disco, y una de ellas es que se estén formando planetas”, explica 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 conservado en el interior de la Tierra –añade Mukhopadhyay–. Esta podría ser una forma común para que se formen planetas en otros lugares”.

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