Um passado remoto

Bilhões de anos no passado, o sistema solar era uma vasta nuvem rotativa de gás e poeira. Com o tempo, esse material se aglutinou em objetos sólidos, formando os primeiros meteoritos. Esses meteoritos gradualmente se fundiram através de repetidos impactos para criar a proto Terra e seus planetas vizinhos.

Durante sua infância, a Terra era um mundo em estado de fusão, coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, ela passou por um evento catastrófico quando um corpo do tamanho de Marte colidiu com o jovem planeta no que os cientistas chamam de “impacto gigante”. A colisão derreteu e misturou o interior do planeta, eliminando grande parte de sua identidade química original. Durante décadas, os cientistas acreditaram que qualquer vestígio da proto Terra havia sido completamente destruído nessa turbulência cósmica.

No entanto, os novos resultados da equipe do MIT desafiam essa suposição. Os pesquisadores encontraram uma assinatura química incomum em amostras de rochas antigas e profundas que difere da maioria dos materiais encontrados na Terra hoje. Essa assinatura aparece como um leve desequilíbrio nos isótopos de potássio – átomos do mesmo elemento com diferentes números de nêutrons. Após extensa análise, os cientistas concluíram que a anomalia não poderia ter sido criada por impactos posteriores ou por processos geológicos contínuos dentro da Terra.

A explicação mais plausível é que essas rochas preservam pequenas porções do material original da proto Terra, que conseguiu sobreviver à violenta reconfiguração do planeta.

“Esta é talvez a primeira evidência direta de que preservamos os materiais da proto Terra”, diz Nicole Nie, Professora Assistente de Desenvolvimento de Carreira Paul M. Cook em Ciências da Terra e Planetárias no MIT. “Vemos um pedaço da Terra muito antiga, mesmo antes do impacto gigante. Isso é incrível porque esperaríamos que essa assinatura muito antiga fosse lentamente apagada através da evolução da Terra.”

Os co-autores de Nie incluem Da Wang da Universidade de Tecnologia de Chengdu (China), Steven Shirey e Richard Carlson da Carnegie Institution for Science (Washington, D.C.), Bradley Peters do ETH Zürich (Suíça) e James Day da Scripps Institution of Oceanography (Califórnia).

Uma anomalia curiosa

Em 2023, Nie e sua equipe examinaram numerosos meteoritos bem documentados coletados de todo o mundo. Esses meteoritos se formaram em diferentes épocas e locais ao longo do sistema solar, capturando sua química em mudança ao longo de bilhões de anos. Quando os pesquisadores compararam suas composições com a da Terra, notaram uma peculiar “anomalia isotópica de potássio.”

O potássio ocorre naturalmente em três formas isotópicas – potássio-39, potássio-40 e potássio-41 – cada uma diferindo ligeiramente em massa atômica. Na Terra moderna, potássio-39 e potássio-41 dominam, enquanto potássio-40 existe apenas em quantidades minúsculas. No entanto, os meteoritos apresentaram razões isotópicas distintas daquelas normalmente observadas na Terra.

Essa descoberta sugeriu que qualquer substância que mostrasse o mesmo tipo de desequilíbrio de potássio deve vir de material que existia antes que o impacto gigante alterasse a química da Terra. Em essência, a anomalia poderia servir como uma impressão digital do material da proto Terra.

“Nesse trabalho, descobrimos que diferentes meteoritos têm diferentes assinaturas isotópicas de potássio, e isso significa que o potássio pode ser usado como um marcador dos blocos de construção da Terra”, explica Nie.

“Construídos de forma diferente”

No estudo atual, a equipe procurou sinais de anomalias de potássio não em meteoritos, mas dentro da Terra. Suas amostras incluem rochas, em forma de pó, da Groenlândia e do Canadá, onde algumas das rochas preservadas mais antigas são encontradas. Eles também analisaram depósitos de lava coletados do Havai, onde os vulcões trouxeram alguns dos materiais mais antigos e profundos da Terra do manto (a camada mais espessa de rocha que separa a crosta do núcleo).

“Se essa assinatura de potássio estiver preservada, nós quereríamos procurá-la no tempo profundo e na Terra profunda,” diz Nie.

A equipe primeiro dissolveu as várias amostras em ácido, depois isolou cuidadosamente qualquer potássio do restante da amostra e usou um espectrômetro de massa especial para medir a razão de cada um dos três isótopos de potássio. Notavelmente, eles identificaram nas amostras uma assinatura isotópica que era diferente daquelas encontradas na maioria dos materiais da Terra.

Especificamente, identificaram um déficit no isótopo de potássio-40. Na maioria dos materiais da Terra, esse isótopo já é uma fração insignificante em comparação com os outros dois isótopos de potássio. Mas os pesquisadores puderam discernir que suas amostras continham uma porcentagem ainda menor de potássio-40. Detectar esse pequeno déficit é como avistar um único grão de areia marrom em um balde em vez de uma colher cheia de areia amarela.

A equipe descobriu que, de fato, as amostras exibiam o déficit de potássio-40, mostrando que os materiais “foram construídos de forma diferente”, diz Nie, em comparação com a maioria do que vemos na Terra hoje.

Mas poderão as amostras ser resquícios raros da proto Terra? Para responder a isso, os pesquisadores assumiram que esse poderia ser o caso. Eles raciocinaram que, se a proto Terra fosse originalmente feita de materiais tão deficientes em potássio-40, então a maior parte deste material teria passado por mudanças químicas – resultantes do impacto gigante e de impactos meteoríticos menores subsequentes – que, em última análise, resultaram nos materiais com mais potássio-40 que vemos hoje.

A equipe usou dados composicionais de todos os meteoritos conhecidos e realizou simulações de como o déficit de potássio-40 das amostras mudaria após os impactos desses meteoritos e pelo impacto gigante. Eles também simularam processos geológicos que a Terra experimentou ao longo do tempo, como o aquecimento e a mistura do manto. No final, suas simulações produziram uma composição com uma fração ligeiramente maior de potássio-40 em comparação com as amostras do Canadá, Groenlândia e Havai. Mais importante, as composições simuladas correspondiam às da maioria dos materiais modernos.

O trabalho sugere que materiais com um déficit de potássio-40 são provavelmente restos do material original da proto Terra.

Curiosamente, a assinatura das amostras não é uma correspondência precisa com qualquer outro meteorito nas coleções dos geólogos. Embora os meteoritos no trabalho anterior da equipe mostrassem anomalias de potássio, eles não são exatamente o déficit observado nas amostras da proto Terra. Isso significa que quaisquer meteoritos e materiais que originalmente formaram a proto Terra ainda não foram descobertos.

“Os cientistas têm tentado entender a composição química original da Terra ao combinar as composições de diferentes grupos de meteoritos”, diz Nie. “Mas nosso estudo mostra que o inventário atual de meteoritos não está completo, e há muito mais a aprender sobre de onde vem nosso planeta.”

Este trabalho foi apoiado, em parte, pela NASA e pelo MIT.