Rocha antiga contém impressões digitais isotópicas das origens da Terra
Terra formada a partir de uma seleção desconhecida de material meteorítico. Escrevendo na Nature , Fischer-Gödde et al. 1 relato que a composição dos 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 de meteorito conhecidas.
As descobertas dos autores sugerem que os componentes voláteis da Terra, como água e compostos orgânicos, podem 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 blocos de construção se formaram a partir de um disco protoplanetário de poeira e gás que orbitou o protossol há cerca de 4,6 bilhões de anos. Identificar as composições dos blocos de construção da Terra é difícil por causa de nosso acesso limitado aos restos do disco e por causa do processamento geológico complexo e de longo prazo do manto que misturou os ingredientes antigos da Terra.
Respostas potenciais à questão de que a Terra é feita podem vir de estudos nos quais as composições isotópicas de amostras de rochas terrestres são comparadas com aquelas 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 aglutinaram 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 seus colegas baseia-se na descoberta de que 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 muitas vezes são 'úmidos' (isto é, contêm componentes voláteis), têm diferentes impressões digitais isotópicas de meteoritos que geralmente são 'secos' 5 . As diferenças na composição isotópica originam-se da distribuição heterogênea da poeira estelar no disco protoplanetário e são conhecidas como variações isotópicas nucleossintéticas. 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 de impressões digitais em rochas terrestres pode ajudar a restringir as estimativas de quando os elementos voláteis foram entregues à Terra e de onde 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 do ferro), porque se acumula em fases ricas em metais do interior da Terra. Consequentemente, a maior parte do rutênio do nosso planeta está concentrada em seu núcleo metálico. Existem, no entanto, traços de rutênio e outros elementos altamente siderófilos (HSEs) no manto, e suas proporções relativas aproximam-se das medidas em meteoritos primitivos 6 . Uma interpretação disso é que os HSEs foram adicionados ao manto após a formação do núcleo, durante um evento denominado verniz tardio - quando aproximadamente 0,5% final (do peso percentual total) da massa da Terra se agregou 7 , 8 . Se sim, então o rutênio e outros 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 verniz tardio, possivelmente pelo acréscimo de condritos carbonáceos 10 , 11 . Estudos nos últimos anos, no entanto, encontraram uma incompatibilidade entre a composição do isótopo 100 Ru (as abundâncias de 100 Ru nas rochas terrestres) no manto da Terra e nos condritos carbonáceos 12 , 13 . Portanto, pode-se concluir que os condritos carbonáceos não fazem parte do laminado tardio, lançando dúvidas sobre o momento da entrega dos voláteis à Terra 13 .
Essa conclusão se baseia na suposição de que HSEs no manto não contêm quantidades significativas de material anterior ao folheado tardio - uma afirmação razoável, visto que há evidência direta limitada disso. Se o manto pré-folheado tardio contivesse uma quantidade substancial de 100 Ru que não foi coletada no núcleo, e que foi identificável por ter uma composição de isótopos 100 Ru diferente daquela do manto moderno, então os condritos carbonáceos ainda poderiam ter foi adicionado durante o verniz tardio.
Variações nucleossintéticas de isótopos de rutênio não foram relatadas para rochas terrestres até agora. Isso ocorre, em parte, porque a Terra tem placas tectônicas ativas e convecção do manto, que misturam e diluem as impressões digitais de seus blocos de construção. No entanto, nos últimos anos, métodos analíticos 14 têm sido desenvolvidos que permitem que variações isotópicas sejam medidas na escala de partes por milhão, tornando possível a busca por essas assinaturas isotópicas primitivas.
Comparando as 100 composições de isótopos Ru de rochas terrestres com aquelas de meteoritos, Fischer-Gödde e colegas de trabalho 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 que as composições de isótopos inferidas não correspondem às composições de meteoritos conhecidas indica que as coleções atuais de meteoritos são consideravelmente limitadas em sua amostragem do disco protoplanetário.
Figura 1 | Um 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 do acúmulo de material de meteoritos. Elementos siderófilos, que têm uma forte afinidade por metais, segregaram no núcleo. b , O final de aproximadamente 0,5% do peso percentual total da massa da Terra agregada a partir de meteoritos durante um evento denominado verniz tardio, após a formação do núcleo. c , Fischer-Gödde et al. 1relatam que rochas antigas do sudoeste da Groenlândia têm uma composição incomum de isótopos de rutênio. Eles atribuem isso à presença de material do manto pré-laminado tardio nas rochas. A distribuição do material pré-laminado anterior mostrado aqui é especulativa; o montante real e a distribuição não podem ser derivados dos dados disponíveis.
Os autores interpretam seus dados incomuns de 100 Ru como a assinatura isotópica de rutênio pré-laminado tardio na origem dessas rochas. Considerando suas descobertas no contexto das composições de outros HSEs no manto, os autores sugerem que a composição moderna do manto pode ser reconciliada com seus novos dados apenas se o verniz tardio contiver condritos carbonáceos para contrabalançar a composição do pré-tardio. - componente venoso 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 seus colegas respondem à antiga questão de saber se os diversos blocos de construção da Terra são preservados e acessíveis para estudo. Mas os dados também levantam questões-chave, cujas respostas sem dúvida determinarão a importância das novas descobertas. Por exemplo, quão representativo do manto pré-folheado tardio é o conjunto de amostras de rocha do sudoeste da Groenlândia? As impressões digitais nucleossintéticas são observadas nas composições isotópicas de outros elementos do manto? Qual é a composição dos meteoritos 'ausentes' que dominavam a composição de rutênio do manto pré-folheado 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 respondidas apenas expandindo a busca por impressões digitais nucleossintéticas no manto.
Nature 579 , 195-196 (2020)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-00605-4
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