La Tierra se formó relativamente rápido a partir de la nube de polvo y gas alrededor del Sol. atrapando agua y gases en el manto del planeta, según una investigación publicada el 5 de diciembre en la revista Naturaleza . Aparte de asentar los orígenes de la Tierra, el trabajo podría ayudar a identificar sistemas extrasolares que podrían sustentar planetas habitables.

Basándose en datos desde las profundidades de la Tierra hasta el espacio profundo, El profesor Sujoy Mukhopadhyay de la Universidad de California en Davis y el investigador postdoctoral Curtis Williams utilizaron isótopos de neón para mostrar cómo se formó el planeta.

"Estamos tratando de comprender dónde y cómo se adquirió el neón en el manto de la Tierra, que nos dice qué tan rápido se formó el planeta y en qué condiciones, "Dijo Williams.

El neón es en realidad un sustituto de los gases como el agua, de dióxido de carbono y nitrógeno, Dijo Williams. A diferencia de estos compuestos que son esenciales para la vida, el neón es un gas noble inerte, y no está influenciado por procesos químicos y biológicos.

"Así que el neón guarda un recuerdo de su origen incluso después de cuatro mil quinientos millones de años, "Dijo Mukhopadhyay.

Hay tres ideas en competencia sobre cómo se formó la Tierra a partir de un disco protoplanetario de polvo y gas hace más de cuatro mil millones de años y cómo el agua y otros gases se entregaron a la Tierra en crecimiento. En el primero, el planeta creció relativamente rápido durante dos a cinco millones de años y capturó gas de la nebulosa, la nube arremolinada de polvo y gas que rodea al joven Sol. La segunda teoría sugiere que las partículas de polvo se formaron y fueron irradiadas por el Sol durante algún tiempo antes de condensarse en objetos en miniatura llamados planetesimales que posteriormente fueron entregados al planeta en crecimiento. En la tercera opción, la Tierra se formó relativamente lentamente y los gases fueron liberados por meteoritos de condrita carbonosa que son ricos en agua, carbono y nitrógeno.

Estos diferentes modelos tienen consecuencias sobre cómo era la Tierra primitiva, Mukhopadhyay dijo. Si la Tierra se formó rápidamente a partir de la nebulosa solar, habría tenido mucho gas hidrógeno en la superficie o cerca de ella. Pero si la Tierra se formó a partir de condritas carbonáceas, su hidrógeno habría venido en la forma más oxidada, agua.

Neón del fondo del océano al espacio profundo

Para averiguar cuál de las tres ideas en competencia sobre la formación de planetas y el suministro de gases era correcta, Williams y Mukhopadhyay midieron con precisión las proporciones de isótopos de neón que quedaron atrapados en el manto de la Tierra cuando se formó el planeta. El neón tiene tres isótopos, neón-20, 21 y 22. Los tres son estables y no radiactivos, pero el neón-21 está formado por la desintegración radiactiva del uranio. Entonces, las cantidades de neón-20 y 22 en la Tierra se han mantenido estables desde que se formó el planeta y lo seguirán siendo para siempre. pero el neón-21 se acumula lentamente con el tiempo. Se predice que los tres escenarios para la formación de la Tierra tendrán diferentes proporciones de neón-20 a neón-22.

Lo más cerca que pudieron llegar al manto fue mirar las rocas llamadas basaltos almohadillados en el fondo del océano. Estas rocas vidriosas son los restos de los flujos de las profundidades de la Tierra que se derramaron y se enfriaron en el océano. más tarde para ser recogido por una expedición de perforación dirigida por la Universidad de Rhode Island, que pone su colección a disposición de otros científicos.

Los gases se encuentran en pequeñas burbujas dentro del basalto. Usando una prensa, Williams rompió astillas de basalto en una cámara sellada, permitiendo que los gases fluyan hacia un espectrómetro de masas sensible.

Ahora por la parte del espacio. Investigadores anteriores establecieron la proporción de isótopos de neón para el modelo de "nebulosa solar" (formación rápida temprana) con datos de la misión Génesis. que capturaron partículas del viento solar. Los datos para el modelo de "partículas irradiadas" provienen de análisis de suelos lunares y de meteoritos. Finalmente, Los meteoritos de condrita carbonosa proporcionaron datos para el modelo de "acreción tardía".

Tamaño mínimo para un planeta habitable

Las proporciones de isótopos que encontraron estaban muy por encima de las de los modelos de "partículas irradiadas" o de "acreción tardía". Williams dijo, y apoyar la formación temprana rápida.

"Esta es una clara indicación de que hay neón nebular en el manto profundo, "Dijo Williams.

Neón, recordar, es un marcador de esos otros compuestos volátiles. Hidrógeno, agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno se habrían condensado en la Tierra al mismo tiempo, todos ingredientes que, hasta donde sabemos, entrar en la creación de un planeta habitable.

Los resultados implican que para absorber estos compuestos vitales, un planeta debe alcanzar un cierto tamaño, el tamaño de Marte o un poco más grande, antes de que la nebulosa solar se disipe. Las observaciones de otros sistemas solares muestran que esto lleva de dos a tres millones de años, Dijo Williams.

¿Ocurre el mismo proceso alrededor de otras estrellas? Observaciones del Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, observatorio en Chile sugieren que sí, dijeron los investigadores.

ALMA utiliza una serie de 66 radiotelescopios que funcionan como un solo instrumento para obtener imágenes de polvo y gas en el universo. Puede ver los discos de polvo y gas que forman planetas alrededor de algunas estrellas cercanas. En algunos casos, hay bandas oscuras en esos discos donde se ha agotado el polvo.

"Hay un par de formas en las que se puede eliminar el polvo del disco, y uno de ellos es que están formando planetas, "Dijo Williams.

"Podemos observar la formación de planetas en un disco de gas en otros sistemas solares, y hay un registro similar de nuestro propio sistema solar conservado en el interior de la Tierra, "Dijo Mukhopadhyay." Esta podría ser una forma común de que los planetas se formen en otros lugares ".