Blocos de construção da terra
Natureza volume 541 , Páginas 468–469 ( 2017 )
A Terra cresceu pelo acréscimo de material meteorítico. Dados isotópicos de alta precisão revelam como a composição desse material mudou ao longo do tempo, forçando a revisão dos modelos de formação do nosso planeta. Veja as cartas p.521 e p.525
Por mais de meio século, os cientistas estimaram a composição química em massa da Terra em comparação com seus blocos de construção cósmicos potenciais, conforme amostrado por meteoritos. Em uma descoberta 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 ao longo do tempo. Na página 525 , Fischer-Gödde e Kleine 2mostram que nem mesmo o 0,5% de acréscimo mais recente de tal material consistia no tipo de meteorito que há muito se pensava ser o principal contribuinte para a composição de nosso planeta. Essa constatação desafia nossa compreensão de como a Terra obteve seu inventário de elementos voláteis e água.
Na década de 1970, foi demonstrado que a Terra tinha uma composição de isótopos de oxigênio diferente da maioria dos meteoritos 3 . Os únicos meteoritos que têm abundância isotópica de oxigênio semelhante são chamados de condritos enstatitas, que são ricos em silício e altamente reduzidos (a maior parte do ferro está na forma de metal ou sulfeto, em vez de óxido).
Essa semelhança levou a vários modelos que basearam a composição da Terra em condritos enstatitas 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 .
As melhorias na capacidade de determinar abundâncias isotópicas precisas levaram à descoberta de que muitos elementos podem ser usados para distinguir entre a Terra e os meteoritos 8 . Em 2011, um estudo dessas diferenças isotópicas sugeriu que a Terra era feita de uma mistura de tipos de meteoritos 9 , não apenas os condritos carbonáceos que haviam sido o principal componente da maioria dos modelos. Dauphas leva essa abordagem mais 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 agregaram ao nosso planeta ao longo de sua formação.
O evento de diferenciação química mais importante na história da Terra foi a separação de seu núcleo de metal de ferro de seu manto de silicato ( Fig. 1 ).
Quando o núcleo se formou, os elementos mais solúveis em metal do que em silicato foram seletivamente removidos do manto. Alguns elementos (como irídio, platina, paládio e rutênio) são tão solúveis em metal que o manto deveria ter sido efetivamente removido durante a formação do núcleo.
No entanto, as abundâncias observadas desses elementos no manto estão na mesma proporção relativa daquelas vistas em meteoritos primitivos. Além disso, eles são exauridos 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 o que seria de esperar se o manto estivesse em equilíbrio químico com o núcleo.
Quando o núcleo de metal de ferro da Terra se separou de seu manto de silicato, elementos mais solúveis em metal do que em silicato foram transferidos para o núcleo. Depois que a formação do núcleo foi concluída, esses elementos foram adicionados de volta ao manto por acréscimo 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 nesses 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, subsequentemente, quase inteiramente de meteoritos pobres em oxigênio, chamados de condritos enstatitos. Fischer-Gödde e Kleine 2 use medições isotópicas de rutênio de alta precisão para confirmar que os últimos 0,5% do material agregado eram mais semelhantes aos condritos enstatitas.
Uma explicação é que esses elementos foram adicionados de volta ao manto por acréscimo subsequente de material meteorítico (com uma massa de cerca de 0,5% da da Terra) depois que a formação do núcleo foi concluída 12 . Dauphas observa que, se assim for, a composição isotópica do rutênio no manto rastreia apenas os últimos 0,5% do material a partir do qual nosso planeta se formou. Em contraste, 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 de sua preferência crescente pelo núcleo), Dauphas estima que sua composição isotópica no manto reflete os últimos 95%, 85%, 39% e 12% do material agregado pela Terra, respectivamente.
Então, usando as diferenças isotópicas nesses elementos entre a Terra e os meteoritos, o autor descobre que nosso planeta se formou a partir de uma mistura de tipos de meteoritos em cerca de 60% do seu crescimento e quase inteiramente a partir de condritos enstatitos no restante. As medidas isotópicas de rutênio de alta precisão apresentadas por Fischer-Gödde e Kleine reforçam a conclusão de que o último 0,5% do material agregado era isotopicamente mais parecido com condritos enstatíticos.
O aspecto perturbador dessa conclusão é que a composição química dos condritos enstatitas é muito diferente daquela das rochas na superfície da Terra. Consequentemente, se a Terra é feita principalmente de condritos enstatitas, seu interior profundo deve ter uma composição substancialmente diferente de suas camadas externas 5 . Embora possível, essa explicação não é facilmente reconciliada com muitas linhas de evidência. Uma alternativa oferecida por Dauphas é que os condritos enstatitas podem ser resquícios dos processos que formaram a Terra, mas cujas composições foram modificadas pelo processo de formação de planetas. Esta é uma sugestão intrigante, mas cujas consequências precisarão de muito mais investigação.
Se os últimos 0,5% do material acumulado pela Terra fossem compostos de um tipo particular de condrito carbonáceo rico em voláteis, conhecido como condrito CI, uma quantidade de água equivalente em massa aos oceanos da Terra teria sido adicionada ao planeta 10 . As medições de Fischer-Gödde e Kleine mostram, em vez disso, que este material de acréscimo tardio consistia em condritos enstatíticos relativamente "secos". Água foi, portanto, fornecida à Terra ao longo de seu crescimento, em vez de ser adicionada no final de sua história, por meio do acúmulo de materiais ricos em voláteis, como condritos carbonáceos ou cometas.
Os resultados apresentados nestes documentos levam à conclusão preocupante de que os meteoritos em nossa coleção não são exemplos particularmente bons de blocos de construção da Terra. Embora isso torne a estimativa da composição em massa 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
Referências
- 1
Dauphas, N. Nature 541 , 521-524 (2017).
- 2
Fischer-Gödde, M. & Kleine, T. Nature 541 , 525–527 (2017).
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