Pesquisadores do MIT e instituições colaboradoras descobriram vestígios excepcionalmente raros da “proto Terra”, o antigo precursor do nosso planeta que existiu há cerca de 4,5 bilhões de anos. Este mundo primitivo começou a se formar antes de uma colisão maciça que alterou para sempre sua química e deu origem à Terra que habitamos hoje. A descoberta, descrita em 14 de outubro na Nature Geosciences, pode ajudar os cientistas a reconstruir os primeiros ingredientes que moldaram não apenas a Terra, mas também o restante do sistema solar.
Bilhões de anos atrás, o sistema solar era uma vasta nuvem rotativa de gás e poeira. Com o tempo, esse material se consolidou em objetos sólidos, formando os primeiros meteoritos. Esses meteoritos gradualmente se uniram por meio de impactos repetidos para criar a proto Terra e seus planetas vizinhos.
Durante sua infância, a Terra era um mundo derretido e coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, ela sofreu um evento catastrófico quando um corpo do tamanho de Marte colidiu com o jovem planeta em um 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 nesse tumulto cósmico.
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 atualmente. 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 em andamento dentro da Terra.
A explicação mais plausível é que essas rochas preservam pequenas porções do material original da proto Terra, de alguma forma sobrevivendo à violenta remodelação 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 de 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 ao longo 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 Instituição Carnegie de Ciência (Washington, D.C.), Bradley Peters da ETH Zürich (Suíça) e James Day da Instituição Scripps de Oceanografia (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 o potássio-40 existe apenas em quantidades mínimas. No entanto, os meteoritos apresentavam razões isotópicas distintas das vistas tipicamente na Terra.
Essa descoberta sugeriu que qualquer substância que mostrasse o mesmo tipo de desequilíbrio de potássio deve vir de material que existia antes do impacto gigante ter alterado 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 traçador dos blocos de construção da Terra”, explica Nie.
“Construído 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 vulcões trouxeram alguns dos materiais mais antigos e profundos da Terra do manto (a camada de rocha mais espessa do planeta que separa a crosta do núcleo).
“Se essa assinatura de potássio estiver preservada, gostaríamos de procurá-la em um 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 massas especial para medir a razão de cada um dos três isótopos do potássio. Notavelmente, identificaram nas amostras uma assinatura isotópica que era diferente da maioria dos materiais encontrados na Terra.
Especificamente, eles identificaram um déficit no isótopo de potássio-40. Na maioria dos materiais na Terra, esse isótopo já é uma fração insignificante em comparação com os outros dois isótopos de potássio. Mas os pesquisadores conseguiram discernir que suas amostras continham uma porcentagem ainda menor de potássio-40. Detectar esse diminuto déficit é como enxergar um único grão de areia marrom em um balde, em vez de uma porção cheia de areia amarela.
A equipe encontrou 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 poderiam as amostras ser remanescentes 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 deficientes em potássio-40, a maior parte desse material teria sofrido mudanças químicas – do impacto gigante e de impactos posteriores menores de meteoritos – que resultaram, em última instância, nos materiais com mais potássio-40 que vemos hoje.
A equipe utilizou 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 ainda, as composições simuladas corresponderam àquelas da maioria dos materiais modernos.
O trabalho sugere que materiais com um déficit de potássio-40 são provavelmente resíduos do material original da proto Terra.
Curiosamente, a assinatura das amostras não é uma correspondência precisa com nenhum outro meteorito nas coleções de geólogos. Embora os meteoritos no trabalho anterior da equipe tenham mostrado anomalias de potássio, não são exatamente o déficit visto 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 combinando 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.
