La Tierra y Marte apenas se formaron con material más allá de Júpiter
La Tierra y Marte se formaron a partir de material que se originó en gran parte en el sistema solar interior; sólo un pequeño porcentaje se originó más allá de la órbita de Júpiter.
Un grupo de investigadores dirigido por la
Universidad de Münster (Alemania) informa estos hallazgos en la revista Science
Advances. Presentan la comparación más completa hasta la fecha de la
composición isotópica de la Tierra, Marte y el material de construcción
prístino del sistema solar interior y exterior.
Algo de este material todavía se encuentra hoy en
gran parte inalterado en meteoritos. Los resultados del estudio tienen consecuencias
de gran alcance para nuestra comprensión del proceso que formó los planetas
Mercurio, Venus, Tierra y Marte. La teoría que postula que los cuatro planetas
rocosos crecieron hasta su tamaño actual mediante la acumulación de guijarros
de polvo de tamaño milimétrico del sistema solar exterior no es sostenible,
según los autores.
Hace aproximadamente 4.600 millones de años, en los
primeros días de nuestro sistema solar, un disco de polvo y gases orbitaba al
joven sol. Dos teorías describen cómo, en el transcurso de millones de años,
los planetas rocosos internos se formaron a partir de este material de construcción
original.
Según la teoría más antigua, el polvo en el sistema
solar interior se aglomeraba en trozos cada vez más grandes que alcanzaban
gradualmente aproximadamente el tamaño de nuestra luna. Las colisiones de estos
embriones planetarios finalmente produjeron los planetas interiores Mercurio,
Venus, Tierra y Marte. Sin embargo, una teoría más nueva prefiere un proceso de
crecimiento diferente: "guijarros" de polvo de tamaño milimétrico
migraron desde el sistema solar exterior hacia el sol. En su camino, se
acumularon en los embriones planetarios del sistema solar interior y, paso a
paso, los ampliaron a su tamaño actual.
Ambas teorías se basan en modelos teóricos y
simulaciones informáticas destinadas a reconstruir las condiciones y la
dinámica del sistema solar primitivo; ambos describen un posible camino de
formación planetaria. ¿Pero cuál es el correcto? ¿Qué proceso tuvo lugar realmente?
Para responder a estas preguntas en su estudio
actual, el equipo del nuevo estudio determinó la composición exacta de los
planetas rocosos Tierra y Marte. "Queríamos averiguar si los componentes
básicos de la Tierra y Marte se originaron en el sistema solar exterior o
interior", dice en un comunicado el Dr. Christoph Burkhardt de la
Universidad de Münster, primer autor del estudio.
Con este fin, los isótopos de los metales raros
titanio, circonio y molibdeno que se encuentran en diminutas trazas en las
capas externas ricas en silicato de ambos planetas proporcionan pistas
cruciales. Los isótopos son diferentes variedades del mismo elemento, que
difieren solo en el peso de su núcleo atómico.
Los científicos asumen que en el sistema solar
temprano estos y otros isótopos metálicos no estaban distribuidos de manera
uniforme. Más bien, su abundancia dependía de la distancia del sol. Por lo
tanto, contienen información valiosa sobre dónde se originaron los componentes
básicos de un determinado cuerpo en el sistema solar temprano.
Como referencia para el inventario isotópico
original del sistema solar exterior e interior, los investigadores utilizaron
dos tipos de meteoritos. Estos trozos de roca generalmente llegaron a la Tierra
desde el cinturón de asteroides, la región entre las órbitas de Marte y
Júpiter. Se considera que son material en gran parte prístino desde los inicios
del sistema solar. Mientras que las llamadas condritas carbonáceas, que pueden
contener hasta un pequeño porcentaje de carbono, se originaron más allá de la
órbita de Júpiter y solo más tarde se trasladaron al cinturón de asteroides
debido a la influencia de los crecientes gigantes gaseosos, sus primos más
empobrecidos en carbono, las condritas no carbonáceas, son verdaderos hijos del
sistema solar interior.
La composición isotópica precisa de las capas de
rocas exteriores accesibles de la Tierra y la de ambos tipos de meteoritos se
ha estudiado durante algún tiempo; sin embargo, no ha habido análisis
comparables completos de rocas marcianas. En su estudio actual, los
investigadores examinaron muestras de un total de 17 meteoritos marcianos, que
pueden asignarse a seis tipos típicos de rocas marcianas. Además, los
científicos investigaron por primera vez la abundancia de tres isótopos metálicos
diferentes.
Las muestras de meteoritos marcianos se pulverizaron
primero y se sometieron a un pretratamiento químico complejo. Usando un
espectrómetro de masas de plasma multicollector en el Instituto de Planetología
de la Universidad de Münster, los investigadores pudieron detectar pequeñas
cantidades de isótopos de titanio, circonio y molibdeno. Luego realizaron
simulaciones por computadora para calcular la proporción en la que el material
de construcción que se encuentra hoy en día en las condritas carbonáceas y no
carbonáceas debe haberse incorporado en la Tierra y Marte para reproducir sus
composiciones medidas.
Al hacerlo, consideraron dos fases diferentes de
acreción para explicar la historia diferente de los isótopos de titanio y
circonio, así como de los isótopos de molibdeno, respectivamente. A diferencia
del titanio y el circonio, el molibdeno se acumula principalmente en el núcleo
planetario metálico. Por lo tanto, las pequeñas cantidades que todavía se
encuentran hoy en las capas externas ricas en silicatos solo se pueden haber
agregado durante la última fase del crecimiento del planeta.
Los resultados de los investigadores muestran que
las capas de rocas exteriores de la Tierra y Marte tienen poco en común con las
condritas carbonáceas del sistema solar exterior. Representan solo alrededor
del cuatro por ciento de los bloques de construcción originales de ambos
planetas. "Si la Tierra y Marte primitivos hubieran acumulado
principalmente granos de polvo del sistema solar exterior, este valor debería
ser casi diez veces mayor", dice el Prof. Dr. Thorsten Kleine de la
Universidad de Münster, quien también es director del Instituto Max Planck para
Investigación del sistema solar en Göttingen. "Por tanto, no podemos
confirmar esta teoría de la formación de los planetas interiores", añade.
Pero la composición de la Tierra y Marte tampoco
coincide exactamente con el material de las condritas no carbonáceas. Las
simulaciones por computadora sugieren que otro tipo diferente de material de
construcción también debe haber estado en juego.
"La composición isotópica de este tercer tipo
de material de construcción según lo inferido por nuestras simulaciones por
computadora implica que debe haberse originado en la región más interna del
sistema solar", explica Christoph Burkhardt. Dado que los cuerpos tan
cercanos al sol casi nunca se dispersaron en el cinturón de asteroides, este
material fue absorbido casi por completo en los planetas internos y, por lo
tanto, no se encuentra en los meteoritos. "Es, por así decirlo, 'material
de construcción perdido' al que ya no tenemos acceso directo hoy", dice
Thorsten Kleine.
El sorprendente hallazgo no cambia las consecuencias
del estudio para la teoría de la formación de planetas. "El hecho de que
la Tierra y Marte aparentemente contengan principalmente material del sistema
solar interior encaja bien con la formación de planetas a partir de las
colisiones de grandes cuerpos en el sistema solar interior", concluye
Christoph Burkhardt..
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