La mayoría de los elementos esenciales de la Tierra para la vida, incluida la mayor parte del carbono y el nitrógeno que hay en usted, probablemente provienen de otro planeta.

La Tierra probablemente recibió la mayor parte de su carbono, nitrógeno y otros elementos volátiles esenciales para la vida de la colisión planetaria que creó la luna hace más de 4.400 millones de años, según un nuevo estudio realizado por petrólogos de la Universidad de Rice en la revista Avances de la ciencia .

"Del estudio de los meteoritos primitivos, Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la Tierra y otros planetas rocosos del sistema solar interior están agotados en materia de volátiles, ", dijo el coautor del estudio, Rajdeep Dasgupta." Pero el momento y el mecanismo de la entrega de volátiles se han debatido acaloradamente. El nuestro es el primer escenario que puede explicar el momento y la entrega de una manera que sea consistente con toda la evidencia geoquímica ".

La evidencia se recopiló a partir de una combinación de alta temperatura, experimentos de alta presión en el laboratorio de Dasgupta, que se especializa en el estudio de reacciones geoquímicas que tienen lugar en las profundidades de un planeta bajo intenso calor y presión.

En una serie de experimentos, El autor principal del estudio y estudiante de posgrado, Damanveer Grewal, reunió evidencia para probar una teoría de larga data de que los volátiles de la Tierra provenían de una colisión con un planeta embrionario que tenía un núcleo rico en azufre.

El contenido de azufre del núcleo del planeta donante es importante debido a la desconcertante variedad de evidencia experimental sobre el carbono, nitrógeno y azufre que existen en todas las partes de la Tierra que no sean el núcleo.

"El núcleo no interactúa con el resto de la Tierra, pero todo lo que esta encima, el manto, la corteza, la hidrosfera y la atmósfera, están todos conectados, "Dijo Grewal." Ciclos materiales entre ellos ".

Una idea de larga data sobre cómo la Tierra recibió sus volátiles fue la teoría del "barniz tardío" de que los meteoritos ricos en volátiles, trozos sobrantes de materia primordial del sistema solar exterior, llegó después de que se formara el núcleo de la Tierra. Y aunque las firmas isotópicas de los volátiles de la Tierra coinciden con estos objetos primordiales, conocidas como condritas carbonáceas, la relación elemental de carbono a nitrógeno está apagada. Material no nuclear de la Tierra, que los geólogos llaman la Tierra de silicatos a granel, tiene alrededor de 40 partes de carbono por cada parte de nitrógeno, aproximadamente el doble de la proporción 20-1 observada en las condritas carbonáceas.

Los experimentos de Grewal, que simula las altas presiones y temperaturas durante la formación del núcleo, probó la idea de que un núcleo planetario rico en azufre podría excluir carbono o nitrógeno, o ambos, dejando fracciones mucho mayores de esos elementos en el silicato a granel en comparación con la Tierra. En una serie de pruebas en un rango de temperaturas y presiones, Grewal examinó la cantidad de carbono y nitrógeno que ingresó al núcleo en tres escenarios:sin azufre, 10 por ciento de azufre y 25 por ciento de azufre.

"El nitrógeno no se vio afectado en gran medida, ", dijo." Permaneció soluble en las aleaciones en relación con los silicatos, y solo comenzó a ser excluido del núcleo bajo la mayor concentración de azufre ".

Carbón, por el contrario, era considerablemente menos soluble en aleaciones con concentraciones intermedias de azufre, y las aleaciones ricas en azufre absorbieron aproximadamente 10 veces menos carbono en peso que las aleaciones sin azufre.

Usando esta información, junto con las proporciones y concentraciones conocidas de elementos tanto en la Tierra como en cuerpos no terrestres, Dasgupta, El investigador postdoctoral de Grewal y Rice, Chenguang Sun, diseñó una simulación por computadora para encontrar el escenario más probable que produjo los volátiles de la Tierra. Encontrar la respuesta implicó variar las condiciones iniciales, ejecutando aproximadamente mil millones de escenarios y comparándolos con las condiciones conocidas en el sistema solar actual.

"Lo que encontramos es que toda la evidencia, firmas isotópicas, la relación carbono-nitrógeno y las cantidades totales de carbono, nitrógeno y azufre en el silicato a granel de la Tierra:son consistentes con un impacto de formación de luna que involucra un material volátil, Planeta del tamaño de Marte con un núcleo rico en azufre, "Dijo Grewal.

Dasgupta, el investigador principal de un esfuerzo financiado por la NASA llamado CLEVER Planets que está explorando cómo los elementos esenciales de la vida podrían unirse en planetas rocosos distantes, dijo que comprender mejor el origen de los elementos esenciales de la vida de la Tierra tiene implicaciones más allá de nuestro sistema solar.

"Este estudio sugiere que un rocoso, Un planeta similar a la Tierra tiene más oportunidades de adquirir elementos esenciales para la vida si se forma y crece a partir de impactos gigantes con planetas que han muestreado diferentes bloques de construcción. quizás de diferentes partes de un disco protoplanetario, "Dijo Dasgupta.

"Esto elimina algunas condiciones límite, ", dijo." Muestra que los volátiles esenciales para la vida pueden llegar a las capas superficiales de un planeta, incluso si se produjeron en cuerpos planetarios que sufrieron la formación del núcleo en condiciones muy diferentes ".

Dasgupta dijo que no parece que el silicato a granel de la Tierra, por sí mismo, podría haber alcanzado los presupuestos volátiles esenciales para la vida que produjeron nuestra biosfera, atmósfera e hidrosfera.

"Eso significa que podemos ampliar nuestra búsqueda de vías que conduzcan a la unión de elementos volátiles en un planeta para sustentar la vida tal como la conocemos".