Rocha antiga tem impressões digitais isotópicas das origens da Terra
Identificar os blocos de construção da Terra a partir de rochas
terrestres é um desafio, porque esses ingredientes se misturaram à
medida que o planeta evoluiu. A evidência de um bloco de construção desconhecido em rochas antigas fornece novas informações.
Terra formada a partir de uma seleção desconhecida de material meteorítico.Escrevendo na natureza , Fischer-Gödde et al.1
relatam que a composição de isótopos de rutênio em rochas antigas do
sudoeste da Groenlândia contém evidências de um bloco de construção da
Terra anteriormente não reconhecido.
Surpreendentemente, a composição isotópica inferida de rutênio no
material não corresponde às composições conhecidas de meteoritos.
As descobertas dos autores sugerem que os componentes voláteis da
Terra, como água e compostos orgânicos, poderiam ter chegado durante os
estágios finais do crescimento do planeta.Nosso planeta é o produto de uma série de colisões de corpos celestes cada vez maiores 2-4 .
Esses componentes foram acumulados a partir de um disco protoplanetário
de poeira e gás que orbitava o proto-Sol há cerca de 4,6 bilhões de
anos atrás.
Identificar as composições dos blocos de construção da Terra é difícil
por causa do nosso acesso limitado aos remanescentes do disco e por
causa do processamento geológico complexo e de longo prazo do manto que
mistura os ingredientes antigos da Terra.
As respostas potenciais para a pergunta de que é feita a Terra podem
vir de estudos nos quais as composições isotópicas de amostras de rochas
terrestres são comparadas com as de meteoritos que se formaram nos
primeiros milhões de anos da história do Sistema Solar.
Presume-se que esses meteoritos sejam representativos dos corpos
menores que finalmente se fundiram para formar os planetas rochosos. Consequentemente, os meteoritos são nossos candidatos mais promissores para os blocos de construção da Terra.
O estudo de Fischer-Gödde e colegas baseia-se na constatação de que os
meteoritos têm composições isotópicas características que servem como
impressões digitais para distinguir diferentes tipos de blocos de
construção em potencial.
Por exemplo, meteoritos como os condritos carbonáceos, que geralmente
são 'úmidos' (ou seja, contêm componentes voláteis), têm diferentes
impressões digitais isotópicas dos meteoritos geralmente 'secos' 5 .
As diferenças na composição isotópica se originam da distribuição
heterogênea da poeira estelar no disco protoplanetário e são conhecidas
como variações de isótopos nucleossintéticos.
Se as impressões digitais pudessem ser identificadas em amostras de
rochas terrestres, isso poderia fornecer evidências do material dos
meteoritos dos quais a Terra foi construída.
A documentação das impressões digitais nas rochas terrestres poderia
ajudar a restringir as estimativas de quando os elementos voláteis foram
entregues à Terra e de onde eles vieram. Isso ocorre porque a abundância de certos isótopos de alguns elementos - rutênio-100 ( 100
Ru), por exemplo - não apenas distingue entre blocos de construção
úmidos e secos, mas também traça diferentes estágios da história de
acreção da Terra. O rutênio é classificado como um elemento altamente siderófilo (amante
de ferro), porque se acumula em fases ricas em metal do interior da
Terra. Consequentemente, a maior parte do rutênio do nosso planeta está concentrada em seu núcleo metálico.
Existem, no entanto, vestígios de rutênio e outros elementos altamente
siderófilos (HSEs) no manto, e suas proporções relativas se aproximam
daquelas medidas em meteoritos primitivos 6 .
Uma interpretação disso é que os HSEs foram adicionados ao manto após a
formação do núcleo, durante um evento chamado folheado tardio - quando o
valor final de aproximadamente 0,5% (do total percentual do peso) da
massa da Terra acumulou 7,8 . Nesse caso, o rutênio e outras HSEs no manto registram a composição do último material que se acumulou na Terra 9 .
Foi proposto que os elementos voláteis da Terra também foram
adicionados durante o final do revestimento, possivelmente pelo acúmulo
de condritos carbonáceos10,11 .
Estudos nos últimos anos, no entanto, encontraram uma incompatibilidade entre a composição do isótopo de 100 Ru (as abundâncias de 100 Ru em rochas terrestres) no manto da Terra e a dos condritos carbonáceos 12,13 .
Concluiu-se, portanto, que os condritos carbonáceos não faziam parte do
folheado tardio, lançando dúvidas sobre o momento da entrega dos
voláteis à Terra 13 .
Essa conclusão se baseia na suposição de que as EHSs no manto não
contêm quantidades significativas de material antes do revestimento
tardio - uma afirmação razoável, dado que há evidências diretas
limitadas disso. Se o manto de pré-revestimento tardio continha uma quantidade substancial de 100 Ru que não se acumulava no núcleo, e que era identificável por ter uma composição de isótopo de 100 Ru diferente da do manto moderno, os condritos carbonáceos ainda poderiam ter foi acumulado durante o final do verniz. Variações nucleossintéticas de isótopos de rutênio não foram relatadas para rochas terrestres até agora.
Isso ocorre, em parte, porque a Terra possui placas tectônicas ativas e
convecção de manto, que misturam e diluem as impressões digitais de
seus blocos de construção. No entanto, nos últimos anos, foram desenvolvidos métodos analíticos 14
que permitem medir variações de isótopos na escala de partes por
milhão, possibilitando a busca dessas assinaturas isotópicas primitivas. Comparando as 100
composições de isótopos Ru de rochas terrestres com as de meteoritos,
Fischer-Gödde e colaboradores relatam que uma parte antiga da Terra,
preservada em rochas do sudoeste da Groenlândia, retém as impressões
digitais de um bloco de construção incomum (Fig. 1 )
O fato de as composições de isótopos inferidas não corresponderem às
composições conhecidas de meteoritos indica que as coleções atuais de
meteoritos são consideravelmente limitadas na amostragem do disco
protoplanetário.
Figura 1Um cenário para a preservação de material antigo no manto da Terra.a , Entre 4,6 bilhões e cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, a Terra se formou a partir da acumulação de material de meteoritos.Elementos siderófilos, que têm uma forte afinidade por metais, segregam no núcleo.b)
O valor final de aproximadamente 0,5% do peso percentual total da massa
da Terra acumulado pelos meteoritos durante um evento chamado
revestimento tardio, após a formação do núcleo.c , Fischer-Gödde et al.1 relatam que rochas antigas do sudoeste da Groenlândia têm uma composição incomum de isótopo de rutênio.Eles atribuem isso à presença de material de manta pré-folheada nas rochas.A distribuição do material de pré-revestimento tardio mostrado aqui é especulativa;a quantidade e a distribuição reais não podem ser derivadas dos dados disponíveis.
Os autores interpretam seus dados incomuns de 100 Ru como a assinatura isotópica do rutênio pré-laminado na origem dessas rochas.
Considerando suas descobertas no contexto das composições de outras
HSEs no manto, os autores sugerem que a composição moderna do manto só
pode ser conciliada com seus novos dados se o folheado tardio contiver
condritos carbonáceos para contrabalançar a composição do pré-tardio
componente de folheado do manto. Isso significaria que os voláteis poderiam ter sido entregues à Terra durante os estágios finais da formação do planeta.
Os dados de Fischer-Gödde e colegas respondem à questão de longa data
de saber se os diversos blocos de construção da Terra são preservados e
acessíveis para estudo.
Mas os dados também levantam questões importantes, cujas respostas, sem
dúvida, determinarão a importância das novas descobertas. Por exemplo, quão representativo do manto pré-folheado é o conjunto de amostras de rochas do sudoeste da Groenlândia? As impressões digitais nucleossintéticas são observadas nas composições isotópicas de outros elementos no manto?
Qual é a composição dos meteoritos 'ausentes' que dominavam a
composição de rutênio do manto de pré-revestimento tardio e por que
ainda não foi identificado? E como a assinatura isotópica desses meteoritos foi preservada no manto de convecção? Essas questões podem ser abordadas apenas expandindo a busca por impressões digitais nucleossintéticas no manto. Natureza579 , 195-196 (2020)
doi: 10.1038 / d41586-020-00605-4
Referências
1
Fischer-Gödde, M. et ai.Nature579 , 240-244 (2020).
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