A Terra cresceu pela acumulação de material meteorítico.
Dados isotópicos de alta precisão revelam como a composição desse
material mudou ao longo do tempo, forçando a revisão de modelos da
formação do nosso planeta.Ver Cartasp.521 e p.525
Por mais de meio século, os cientistas estimaram a composição química
em massa da Terra em comparação com seus potenciais blocos de construção
cósmica, como amostras de meteoritos. Em um avanço conceitual, na página 521 , Dauphas 1
usa o conteúdo isotópico exclusivo de diferentes tipos de meteorito
para identificar aqueles que melhor representam esses blocos de
construção. O autor também avalia se o material adicionado à Terra durante sua formação mudou com o tempo. Na página 525 , Fischer-Gödde e Kleine 2
mostram que nem mesmo os 0,5% acumulados mais recentemente desse
material consistiam no tipo de meteorito que há muito se acredita ser um
dos principais contribuintes para a composição do nosso planeta. Essa percepção desafia nossa compreensão de como a Terra obteve seu inventário de elementos voláteis e água.
Na década de 1970, a Terra mostrou uma composição isotópica de oxigênio diferente da maioria dos meteoritos 3 .
Os únicos meteoritos com abundância isotópica de oxigênio semelhante
são chamados condritos de enstatita, ricos em silício e altamente
reduzidos (a maioria do ferro é na forma de metal ou sulfeto, em vez de
óxido). Essa semelhança levou vários modelos que basearam a composição da Terra em condritos enstatitos 4 , 5 .
No entanto, a incompatibilidade na composição elementar entre esses
meteoritos e as rochas da Terra levou a maioria dos pesquisadores a
continuar usando modelos baseados em meteoritos mais oxidados e ricos em
voláteis, conhecidos como condritos carbonáceos 6 , 7 .
Melhorias na capacidade de determinar abundâncias isotópicas precisas
levaram à descoberta de que muitos elementos podem ser usados para
distinguir entre Terra e meteoritos 8 . Em 2011, um estudo dessas diferenças isotópicas sugeriu que a Terra foi feita a partir de uma mistura de tipos de meteoritos 9 , não apenas dos condritos carbonáceos que haviam sido o principal componente da maioria dos modelos.
Dauphas leva essa abordagem adiante desenvolvendo uma metodologia na
qual a disparidade isotópica entre diferentes grupos de meteoritos e a
Terra pode ser usada para rastrear a composição dos materiais que se
acumularam em nosso planeta ao longo de sua formação.
O evento de diferenciação química mais importante na história da Terra
foi a separação do núcleo de ferro-metal do manto de silicato ( Fig. 1 ). Quando o núcleo se formou, elementos que são mais solúveis em metal que em silicato foram removidos seletivamente do manto.
Alguns elementos (como irídio, platina, paládio e rutênio) são tão
solúveis em metal que o manto deveria ter sido efetivamente retirado
deles durante a formação do núcleo.
No entanto, as abundâncias observadas desses elementos no manto estão
na mesma proporção relativa que as observadas nos meteoritos primitivos. Além disso, eles são esgotados por um fator de apenas cerca de 350 em relação à sua abundância em meteoritos 10 , em comparação com o esgotamento de um milhão de vezes 11 que seria esperado se o manto estivesse em equilíbrio químico com o núcleo.
Figura 1: Sondando a formação da Terra.
Quando o núcleo de ferro-metal da Terra se separou de seu manto de
silicato, elementos mais solúveis em metal que em silicato foram
transferidos para o núcleo. Após a formação do núcleo, esses elementos foram adicionados de volta ao manto por acúmulo de material meteorítico. Dauphas 1 considera os elementos titânio, cromo, níquel, molibdênio e rutênio (listados em ordem crescente de preferência pelo núcleo).
Usando as diferenças isotópicas desses elementos entre a Terra e os
meteoritos, o autor mostra que nosso planeta se formou a partir de uma
mistura de tipos de meteoritos durante os primeiros 60% de seu
crescimento e, posteriormente, quase inteiramente de meteoritos pobres
em oxigênio chamados condritos de enstatita.
Fischer-Gödde e Kleine 2
usam medidas isotópicas de rutênio de alta precisão para confirmar que
os últimos 0,5% do material acumulado eram mais como condritos de
enstatita.
Uma explicação é que esses elementos foram adicionados de volta ao
manto pelo acréscimo subsequente de material meteorítico (com uma massa
de cerca de 0,5% da da Terra) após a formação do núcleo 12 .
Dauphas observa que, se é assim, a composição isotópica do rutênio no
manto rastreia apenas os últimos 0,5% do material do qual nosso planeta
se formou.
Por outro lado, a composição isotópica do manto de elementos que são
completamente insolúveis em metal reflete a composição média de todo o
material do qual a Terra cresceu.
Usando essa abordagem, para a série de elementos titânio, cromo, níquel
e molibdênio (listados em ordem crescente de preferência pelo núcleo),
Dauphas estima que sua composição isotópica no manto reflete os últimos
95%, 85%, 39% e 12% do material acumulado pela Terra, respectivamente.
Então, usando as diferenças isotópicas desses elementos entre a Terra e
os meteoritos, o autor descobre que nosso planeta se formou a partir de
uma mistura de tipos de meteoritos nos primeiros 60% de seu crescimento
e quase inteiramente de condritos enstatitos pelo restante.
As medidas isotópicas de rutênio de alta precisão apresentadas por
Fischer-Gödde e Kleine reforçam a conclusão de que os últimos 0,5% do
material acumulado eram isotopicamente mais semelhantes aos condritos de
enstatita.
O aspecto perturbador desta conclusão é que a composição química dos
condritos de enstatita é muito diferente daquela das rochas na
superfície da Terra.
Consequentemente, se a Terra é composta principalmente de condritos
enstatitos, seu interior profundo deve ter uma composição
substancialmente diferente de suas camadas externas 5 . Embora possível, essa explicação não é facilmente conciliada com muitas linhas de evidência.
Uma alternativa oferecida por Dauphas é que os condritos enstatitos
possam ser os restos dos processos que formaram a Terra, mas cujas
composições foram modificadas pelo processo de formação do planeta. Essa é uma sugestão intrigante, mas cujas consequências exigirão muito mais investigação.
Se os últimos 0,5% do material acumulado pela Terra tivessem sido
compostos por um tipo específico de condrito carbonáceo rico em
voláteis, conhecido como condrito CI, uma quantidade de água equivalente
em massa aos oceanos da Terra seria adicionada ao planeta 10 .
As medições de Fischer-Gödde e Kleine mostram que esse material
acumulado tardiamente consistia em condritos enstatitos relativamente
"secos".
Portanto, a água foi fornecida à Terra durante todo o seu crescimento,
em vez de ser adicionada no final de sua história através do acúmulo de
materiais ricos em voláteis, como condritos ou cometas carbonáceos.
Os resultados apresentados nesses trabalhos levam à conclusão
preocupante de que os meteoritos de nossa coleção não são exemplos
particularmente bons dos elementos estruturais da Terra.
Embora isso torne a estimativa da composição global do planeta mais
difícil, novos dados isotópicos e abordagens para interpretar esses
dados fornecem o próximo passo para uma melhor compreensão de como a
Terra se formou.Nota de rodapé 1
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