MIT encontra vestígios de um mundo perdido nas profundezas do planeta Terra

Há milhares de milhões de anos, o sistema solar era uma vasta nuvem rotativa de gás e poeira. Com o tempo, esse material se transformou em objetos sólidos, formando os primeiros meteoritos. Esses meteoritos fundiram-se gradualmente através de impactos repetidos para criar a proto-Terra e seus planetas vizinhos.

Durante a sua infância, a Terra era um mundo derretido e coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, sofreu um evento catastrófico quando um corpo do tamanho de Marte atingiu o jovem planeta, no que os cientistas chamam de “impacto gigante”. A colisão derreteu e misturou o interior do planeta, destruindo grande parte da sua identidade química original. Durante décadas, os cientistas acreditaram que qualquer vestígio da proto-Terra tinha sido completamente destruído naquela convulsão cósmica.

No entanto, os novos resultados da equipa 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 hoje na Terra. Esta assinatura aparece como um ligeiro 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 curso na Terra.

A explicação mais plausível é que estas rochas preservam pequenas porções do material original da proto-Terra, sobrevivendo de alguma forma 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. Isto é incrível porque esperaríamos que esta 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 Carnegie Institution for Science (Washington, DC), Bradley Peters da ETH Zürich (Suíça) e James Day da Scripps Institution of Oceanography (Califórnia).

Uma curiosa anomalia

Em 2023, Nie e sua equipe examinaram vários meteoritos bem documentados coletados em todo o mundo. Estes meteoritos formaram-se em diferentes épocas e locais em todo o sistema solar, captando a sua mudança química ao longo de milhares de milhões de anos. Quando os pesquisadores compararam suas composições com as 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 na massa atômica. Na Terra moderna, o potássio-39 e o potássio-41 dominam, enquanto o potássio-40 existe apenas em quantidades mínimas. No entanto, os meteoritos exibiam proporções isotópicas distintas daquelas normalmente vistas na Terra.

Esta descoberta sugere que qualquer substância que apresente o mesmo tipo de desequilíbrio de potássio deve provir de material que existia antes do impacto gigante alterar a química da Terra. Em essência, a anomalia poderia servir como uma impressão digital da matéria proto-Terra.

“Nesse trabalho, descobrimos que diferentes meteoritos têm diferentes assinaturas isotópicas de potássio, e isso significa que o potássio pode ser usado como traçador dos blocos de construção da Terra”, explica Nie.

“Construído diferente”

No estudo atual, a equipe procurou sinais de anomalias de potássio não em meteoritos, mas dentro da Terra. Suas amostras incluem rochas, em pó, da Groenlândia e do Canadá, onde são encontradas algumas das rochas mais antigas preservadas. Eles também analisaram depósitos de lava coletados no Havaí, onde os vulcões trouxeram alguns dos materiais mais antigos e profundos do manto da Terra (a camada rochosa mais espessa do planeta que separa a crosta do núcleo).

“Se esta assinatura de potássio for preservada, gostaríamos de procurá-la no tempo profundo e nas profundezas da Terra”, diz Nie.

A equipe primeiro dissolveu as várias amostras de pó em ácido, depois isolou cuidadosamente qualquer potássio do resto da amostra e usou um espectrômetro de massa especial para medir a proporção de cada um dos três isótopos do potássio. Notavelmente, eles identificaram nas amostras uma assinatura isotópica diferente daquela encontrada na maioria dos materiais da Terra.

Especificamente, identificaram um défice no isótopo potássio-40. Na maioria dos materiais da Terra, este isótopo já é uma fração insignificante em comparação com os outros dois isótopos do potássio. Mas os investigadores conseguiram discernir que as suas amostras continham uma percentagem ainda menor de potássio-40. Detectar esse pequeno déficit é como localizar um único grão de areia marrom em um balde, em vez de uma concha cheia de areia amarela.

A equipa descobriu que, de facto, as amostras apresentavam défice de potássio-40, mostrando que os materiais “foram construídos de forma diferente”, diz Nie, em comparação com a maior parte do que vemos hoje na Terra.

Mas poderiam as amostras ser remanescentes raros da proto-Terra? Para responder a isso, os pesquisadores presumiram que esse poderia ser o caso. Eles raciocinaram que se a proto-Terra fosse originalmente feita de materiais deficientes em potássio-40, então a maior parte deste material teria sofrido alterações químicas – desde o impacto gigante e subsequentes impactos de meteoritos mais pequenos – que resultaram nos materiais com mais potássio-40 que vemos hoje.

A equipe usou dados de composição de todos os meteoritos conhecidos e realizou simulações de como o déficit de potássio-40 das amostras mudaria após os impactos desses meteoritos e do 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 fração ligeiramente superior de potássio-40 em comparação com amostras do Canadá, Groenlândia e Havaí. Mais importante ainda, as composições simuladas correspondiam às da maioria dos materiais modernos.

O trabalho sugere que os materiais com déficit de potássio-40 são provavelmente restos de material original da proto-Terra.

Curiosamente, a assinatura das amostras não corresponde exatamente a qualquer outro meteorito nas coleções de geólogos. Embora os meteoritos no trabalho anterior da equipe mostrassem anomalias de potássio, elas não são exatamente o déficit observado nas amostras da proto-Terra. Isto significa que quaisquer meteoritos e materiais que formaram originalmente a proto-Terra ainda não foram descobertos.

“Os cientistas têm tentado compreender a composição química original da Terra combinando as composições de diferentes grupos de meteoritos”, diz Nie. “Mas o nosso estudo mostra que o inventário atual de meteoritos não está completo e há muito mais para aprender sobre a origem do nosso planeta.”

Este trabalho foi apoiado, em parte, pela NASA e pelo MIT.