Geólogos descobrem a primeira evidência direta da “proto-Terra”

Cientistas descobriram vestígios extremamente raros da “proto-Terra”, que se formou há cerca de 4,5 mil milhões de anos, antes de uma colisão colossal ter alterado irreversivelmente a composição do planeta primitivo e produzido a Terra tal como a conhecemos hoje. As suas descobertas, publicadas na revista Nature Geoscience, vão ajudar os cientistas a reunir os ingredientes iniciais e primordiais que forjaram a Terra primitiva e o resto do Sistema Solar.

Há milhares de milhões de anos, o Sistema Solar primitivo era um disco rodopiante de gás e poeira que eventualmente se aglomerou e acumulou para formar os primeiros meteoritos, que por sua vez se fundiram para formar a proto-Terra e os planetas vizinhos.

Nesta fase inicial, a Terra era provavelmente rochosa e “borbulhava” com lava. Depois, menos de 100 milhões de anos mais tarde, um objeto do tamanho de Marte embateu no jovem planeta num evento singular de “impacto gigante” que misturou e derreteu completamente o interior do planeta, efetivamente fazendo “reset” à sua química. Pensava-se que o material original de que a proto-Terra foi feita teria sido completamente transformado.

Mas as descobertas de uma equipa sugerem o contrário. Os investigadores identificaram uma assinatura química, em rochas antigas, que é única em relação à maioria dos outros materiais encontrados atualmente na Terra. A assinatura apresenta-se sob a forma de um subtil desequilíbrio nos isótopos de potássio descoberto em amostras de rochas muito antigas e muito profundas. A equipa determinou que o desequilíbrio de potássio não pode ter sido produzido por quaisquer grandes impactos anteriores ou por processos geológicos que ocorram atualmente na Terra.

A explicação mais provável para a composição química das amostras é que devem ser restos de material da proto-Terra que, de alguma forma, permaneceram inalterados, mesmo quando a maior parte do planeta primitivo sofreu impactos e se transformou.

“Esta é talvez a primeira evidência direta de que preservámos os materiais da proto-Terra”, diz Nicole Nie, professora assistente de Ciências da Terra e Planetárias no MIT (Massachusetts Institute of Technology). “Vemos um pedaço da Terra muito antiga, mesmo antes do impacto gigante. Isto é espantoso porque seria de esperar que esta assinatura muito antiga fosse lentamente apagada ao longo da evolução da Terra”.

Uma anomalia curiosa

Em 2023, Nie e os seus colegas analisaram muitos dos principais meteoritos que foram recolhidos por todo o mundo e cuidadosamente estudados. Antes de colidirem com a Terra, estes meteoritos formaram-se provavelmente em várias alturas e locais do Sistema Solar, representando assim as alterações das condições do Sistema Solar ao longo do tempo. Quando os investigadores compararam as composições químicas destas amostras de meteoritos com as da Terra, identificaram entre elas uma “anomalia isotópica de potássio”.

Os isótopos são versões ligeiramente diferentes de um elemento que têm o mesmo número de protões, mas um número diferente de neutrões. O elemento potássio pode existir num de três isótopos naturais, com números de massa (protões mais neutrões) de 39, 40 e 41, respetivamente. Onde quer que o potássio tenha sido encontrado na Terra, existe numa combinação característica de isótopos, com o potássio-39 e o potássio-41 a serem esmagadoramente dominantes. O potássio-40 está presente, mas numa percentagem muito pequena em comparação.

Nie e os seus colegas descobriram que os meteoritos que estudaram apresentavam balanços de isótopos de potássio que eram diferentes da maioria dos materiais na Terra. Esta anomalia de potássio sugeria que qualquer material que exibisse uma anomalia semelhante seria provavelmente anterior à composição atual da Terra. Por outras palavras, qualquer desequilíbrio de potássio seria um forte sinal de material da proto-Terra, antes do impacto gigante ter redefinido a composição química do planeta.

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

“Construídos de forma diferente”

No estudo atual, a equipa procurou sinais de anomalias de potássio não em meteoritos, mas no interior da Terra. As suas amostras incluem rochas, em forma de pó, da Gronelândia e do Canadá, onde se encontram algumas das mais antigas rochas preservadas. Também analisaram depósitos de lava recolhidos no Hawaii, onde os vulcões trouxeram para cima, a partir do manto (a camada de rocha mais espessa do planeta que separa a crosta do núcleo), alguns dos materiais mais antigos e profundos da Terra.

“Se esta assinatura de potássio for preservada, gostaríamos de a procurar no tempo profundo e na Terra profunda”, diz Nie.

A equipa começou por dissolver as várias amostras de pó em ácido, depois isolou cuidadosamente o potássio do resto da amostra e utilizou um espetrómetro de massa especial para medir a proporção de cada um dos três isótopos de potássio. De forma notável, identificaram nas amostras uma assinatura isotópica diferente da encontrada na maioria dos materiais da Terra.

Especificamente, identificaram um défice no isótopo de 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 foram capazes de discernir que as suas amostras continham uma percentagem ainda mais pequena de potássio-40. A deteção deste pequeno défice é como avistar um único grão de areia castanha num balde em vez de numa colher cheia de areia amarela.

A equipa descobriu que, de facto, as amostras apresentavam o 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 poderão as amostras ser remanescentes raros da proto-Terra? Para responder a esta questão, os investigadores partiram do princípio de que poderia ser esse o caso. Raciocinaram que, se a proto-Terra foi originalmente feita a partir de materiais pobres em potássio-40, então a maior parte deste material teria sofrido alterações químicas – devido ao impacto gigante e aos subsequentes impactos de meteoritos mais pequenos – que acabaram por resultar nos materiais com mais potássio-40 que vemos hoje.

A equipa utilizou dados composicionais de todos os meteoritos conhecidos e efetuou simulações de como o défice de potássio-40 das amostras se alteraria após os impactos destes meteoritos e do impacto gigante. Simularam também processos geológicos que a Terra sofreu ao longo do tempo, como o aquecimento e a mistura do manto. No final, as suas simulações produziram uma composição com uma fração ligeiramente mais elevada de potássio-40 em comparação com as amostras do Canadá, Gronelândia e Hawaii. Mais importante ainda, as composições simuladas correspondem às da maioria dos materiais atuais.

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

Curiosamente, a assinatura das amostras não corresponde exatamente à de qualquer outro meteorito existente nas coleções dos geólogos. Embora os meteoritos do trabalho anterior da equipa apresentassem anomalias de potássio, estas não são exatamente o défice observado nas amostras da proto-Terra. Isto significa que os 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 atual inventário de meteoritos não está completo e que há muito mais para aprender sobre a origem do nosso planeta”.

// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Geoscience)

Saiba mais:

Proto-Terra:
Wikipedia

Hipótese do impacto gigante:
Wikipedia
Theia (Wikipedia)

Potássio-40:
Wikipedia