O criptônio do manto da Terra, coletado em pontos geológicos na Islândia e nas Ilhas Galápagos, revela uma imagem mais clara de como nosso planeta se formou, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade da Califórnia, Davis.
Os diferentes isótopos de criptônio são impressões digitais químicas para cientistas que investigaram os ingredientes que fizeram a Terra, como partículas do vento solar e meteoritos do sistema solar interno e externo. As descobertas indicam que os elementos voláteis da Terra – essenciais como carbono, água e nitrogênio – chegaram enquanto a Terra crescia e se tornava um planeta. Isso contradiz a teoria popular de que os elementos voláteis da Terra foram entregues principalmente perto do final da formação da Terra, que é marcada pelo impacto gigante formador da lua. Em vez disso, os isótopos de criptônio sugerem que planetesimais do sistema solar externo frio bombardearam a Terra no início, milhões de anos antes do big crunch. A jovem Terra também aspirou poeira e gás da nebulosa solar (a nuvem ao redor do Sol) e foi bombardeada por meteoritos.
“Nossos resultados exigem a entrega simultânea de voláteis de várias fontes no início da formação da Terra”, disse Sandrine Péron, principal autora do estudo. Péron, atualmente um Marie Sklodowska-Curie Actions Fellow na ETH Zürich na Suíça, conduziu a pesquisa na UC Davis como um pós-doutorado trabalhando com o professor Sujoy Mukhopadhyay no Departamento de Ciências da Terra e Planetárias.
“Este estudo fornece pistas para as fontes e tempo de acumulação de voláteis na Terra e ajudará os pesquisadores a entender melhor como não só a Terra se formou, mas também outros planetas no sistema solar e em torno de outras estrelas”, disse Péron. O estudo foi publicado em 15 de dezembro na revista Nature.
Geoquímica primordial
Os pontos quentes vulcânicos que expelem lava na Islândia e nas Galápagos são alimentados por plumas de magma lamacenta subindo da camada mais profunda do manto, perto de seu limite com o núcleo de ferro da Terra. Os elementos e minerais nesta camada profunda estão relativamente inalterados desde antes do impacto de formação da lua, como uma cápsula do tempo da química da Terra primitiva com mais de 4,4 bilhões de anos.
O laboratório de Mukhopadhyay é especializado em fazer medições precisas de gases nobres em rochas da Terra e de outros lugares. Para provar o criptônio do manto profundo, os pesquisadores coletaram lava em plumas de pontos quentes. Os gases antigos sobem à superfície na lava em erupção, ficando presos e sepultados como bolhas em uma matriz vítrea quando a lava se extingue para um sólido, fornecendo alguma proteção contra contaminação externa. No entanto, mesmo os isótopos de criptônio mais abundantes nessas bolhas somam apenas algumas centenas de milhões de átomos, tornando sua detecção um desafio, disse Mukhopadhyay.
Péron projetou uma nova técnica para medir o criptônio do manto com espectrometria de massa, concentrando o criptônio de amostras de rocha em um ambiente virtualmente livre de contaminação do ar e separando-o perfeitamente do argônio e do xenônio.
“O nosso é o primeiro estudo a medir com precisão todos os isótopos de criptônio do manto, incluindo os isótopos de criptônio mais raros, Kr-78 e Kr-80”, disse ela.
Construindo um planeta
Os pesquisadores descobriram que a impressão digital química do criptônio do manto profundo se assemelhava muito a meteoritos primitivos ricos em carbono, que podem ter sido entregues a partir das regiões frias e externas do sistema solar. Mas trabalhos anteriores de Mukhopadhyay e outros descobriram que o néon, outro gás nobre no manto profundo, era derivado do sol. Os dois resultados diferentes sugerem pelo menos duas fontes voláteis distintas para o manto da Terra, entregues no início de sua história. Os pesquisadores também notaram menos do raro isótopo Kr-86 no manto profundo em comparação com meteoritos conhecidos. O déficit no Kr-86 sugere que os meteoritos conhecidos por si só podem não ser responsáveis por todo o criptônio do manto.
Finalmente, os novos resultados também têm implicações em como a atmosfera da Terra surgiu. A proporção de diferentes isótopos de criptônio no manto profundo não corresponde à proporção de isótopos na atmosfera da Terra, descobriram os pesquisadores. Isso significa que alguns gases na atmosfera, incluindo gases nobres como o criptônio, foram enviados à Terra após o impacto de formação da lua. Caso contrário, o manto e a atmosfera da Terra teriam a mesma composição isotópica devido ao equilíbrio isotópico após o impacto, disse Péron.
Os co-autores do estudo incluem Mark Kurz, Woods Hole Oceanographic Institution em Woods Hole, Massachusetts; e David Graham, Oregon State University em Corvallis, Oregon.
Publicado em 18/12/2021 15h00
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