Caltech descubre nuevos detalles sobre la formación de la Tierra

Un nuevo estudio de Caltech sugiere que la Tierra primitiva se formó a partir de materiales secos y calientes, lo que implica que el agua llegó tarde en la formación de la Tierra. La investigación, que ofrece pistas de varias capas del manto, postula importantes adiciones de volátiles que ocurrieron solo durante las etapas finales de la formación de la Tierra, lo que influye en las teorías de formación de planetas terrestres.

Hace miles de millones de años, en el disco gigante de polvo, gas y material rocoso que orbita nuestro joven sol, cuerpos cada vez más grandes se unieron para formar los planetas, lunas y asteroides que vemos hoy. Los científicos todavía están tratando de comprender los procesos por los cuales se formaron los planetas, incluido nuestro planeta de origen.

Una forma en que los investigadores pueden estudiar cómo se formó la Tierra es examinando los magmas que se elevan desde las profundidades del interior del planeta. Las firmas químicas de estas muestras contienen un registro del momento y la naturaleza de los materiales que se unieron para formar la Tierra, de forma similar a cómo los fósiles nos dan pistas sobre el pasado biológico de la Tierra.

Ahora, un estudio de Caltech muestra que la Tierra primitiva se acumuló a partir de materiales calientes y secos, lo que indica que el agua de nuestro planeta, el componente crucial para la evolución de la vida, debe haber llegado tarde en la historia de la formación de la Tierra.

El estudio, que involucró a un equipo internacional de investigadores, se realizó en los laboratorios de Francois Tissot, profesor asistente de geoquímica e investigador del Heritage Medical Research Institute; y Yigang Zhang de la Universidad de la Academia China de Ciencias. Un artículo que describe la investigación fue publicado recientemente en la revista El progreso de la ciencia. El estudiante graduado de Caltech Weiyi Liu es el primer autor del artículo.

Si bien los humanos no tienen una forma de viajar dentro de nuestro planeta, las rocas en las profundidades de la tierra pueden llegar naturalmente a la superficie en forma de lava. Los magmas progenitores de estas lavas pueden provenir de diferentes profundidades dentro de la Tierra, como el manto superior, que comienza a unos 15 kilómetros (9 millas) por debajo de la superficie y se extiende unos 680 kilómetros; o el manto inferior, que se extiende desde una profundidad de 680 kilómetros (425 millas) hasta el límite entre el núcleo y el manto, unos 2900 kilómetros (1800 millas) por debajo de nuestros pies.

Al igual que probar diferentes capas de un pastel (el glaseado, el relleno, el bizcocho), los científicos pueden estudiar magmas que se originan en diferentes profundidades para comprender los diferentes «sabores» de las capas de la Tierra: las sustancias químicas internas y sus relaciones entre sí.

Debido a que la formación de la Tierra no fue instantánea y, en cambio, involucró materiales que se acumulan con el tiempo, las muestras del manto inferior y del manto superior brindan diferentes pistas sobre lo que sucedió con el tiempo durante la acumulación de la Tierra. En el nuevo estudio, el equipo descubrió que la Tierra primitiva estaba compuesta principalmente de materiales secos y rocosos: las firmas químicas del interior del planeta mostraban una falta de los llamados volátiles, que son materiales que se evaporan fácilmente como el agua y el yodo.

En contraste, las muestras del manto superior revelaron una mayor proporción de volátiles, tres veces mayor que la encontrada en el manto inferior. Con base en estos informes químicos, Liu creó un modelo que mostraba que la Tierra se formó a partir de materiales rocosos secos y calientes y que una adición importante de sustancias volátiles esenciales para la vida, incluida el agua, ocurrió solo durante el último 15 por ciento (o menos) de la formación de la Tierra.

El estudio es una contribución crucial a las teorías de la formación de planetas, un campo que ha sufrido varios cambios de paradigma en las últimas décadas y todavía se caracteriza por un acalorado debate científico. En este contexto, el nuevo estudio hace importantes predicciones sobre la naturaleza de los componentes básicos de otros planetas terrestres: Mercurio y Venus– que se esperaría que se hubiera formado a partir de materiales igualmente secos.

«La exploración espacial de los planetas exteriores es realmente importante porque un mundo acuático es probablemente el mejor lugar para buscar vida extraterrestre», dice Tissot. “Pero el sistema solar interior no debe olvidarse. No ha habido una misión que haya aterrizado en la superficie de Venus durante casi 40 años, y nunca ha habido una misión en la superficie de Mercurio. Necesitamos poder estudiar esos mundos para comprender mejor cómo se formaron los planetas terrestres como la Tierra».

Referencia: «I/Pu revela la Tierra acumulada principalmente por planetesimales diferenciados pobres en volátiles» por Weiyi Liu, Yigang Zhang, François. LH Tissot, Guillaume Avice, Zhilin Ye y Qing-Zhu Yin, 5 de julio de 2023, El progreso de la ciencia.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9213

Además de Liu y Tissot, los coautores son Zhang de la Universidad de la Academia de Ciencias de China; Guillaume Avice de la Université Paris Cité, Institut de physique du globe de Paris; Zhilin Ye de la Academia China de Ciencias; y Qing-Zhu Yin de la Universidad de California, Davis. La financiación fue proporcionada por la Academia de Ciencias de China, la Fundación Nacional de Ciencias, la Beca Packard para la Ciencia y la Ingeniería, el Instituto de Investigación Médica Heritage y Caltech.