Novas pesquisas sugerem que grande parte do material que possibilitou a vida na Terra chegou aqui depois de uma colisão cataclísmica entre nosso planeta e um objeto do tamanho de Marte bilhões de anos atrás — provavelmente a mesma colisão que produziu a Lua, dizem os cientistas.

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Para que a vida surja em um planeta que, de outra forma, estaria morto, uma variedade de compostos químicos é necessária, incluindo carbono, nitrogênio e enxofre. São os chamados elementos voláteis. O pensamento convencional diz que eles da Terra chegaram através do bombardeio constante de meteoritos antigos.

Uma nova pesquisa publicada na revista Science Advances propõe uma entrega diferente: uma colisão catastrófica entre a Terra e um objeto do tamanho de Marte, algumas vezes chamado de Theia, há cerca de 4,4 bilhões de anos.

Esta colisão hipotética, que teria acontecido enquanto a Terra ainda estava se formando, semeou o nosso planeta bebê com os elementos voláteis necessários para a vida, de acordo com o novo artigo. Além disso, os principais autores do novo estudo, Damanveer S. Grewal e Rajdeep Dasgupta, da Rice University, dizem que essa é a mesma colisão planeta-planeta que formou a Lua.

Imagem: NASA/JPL-Caltech

Para muitos astrônomos, geólogos e astrobiólogos, a noção de que os voláteis da Terra vieram trazidos por meteoritos primitivos nunca foi completamente satisfatória. Nosso planeta, junto com outros planetas rochosos no Sistema Solar interno, é naturalmente desprovido de voláteis. Acontece que a assinatura isotópica dos voláteis da Terra coincide com os observados nos condritos carbonosos, a classe de meteoritos tipicamente citados como sendo os distribuidores de voláteis para a Terra.

O problema é que as proporções de elementos — como a razão de carbono para nitrogênio e a razão de água para carbono — no silicato, no manto, na crosta, no oceano e na atmosfera da Terra estão fora de sintonia com o que é observado nos condritos, levando à chamada “crise isotópica”, e dúvidas sobre a teoria da semeadura por meteoritos.

O novo estudo é interessante na medida em que oferece uma solução para este problema. Em vez de invocar uma infinidade de pequenos ataques de meteoritos, os autores propuseram uma colisão única e gigantesca entre a Terra e um planeta antigo.

A base para essa afirmação vem de um experimento no qual os pesquisadores tentaram imitar as condições desse impacto no laboratório. O estudo envolveu experimentos de alta pressão e temperatura, juntamente com simulações de computador alimentadas com as informações coletadas desses experimentos. Através deste trabalho de modelagem, os pesquisadores procuraram determinar o tamanho e a composição química do planeta impactante para ver como seu reservatório de silicatos poderia se misturar com a Terra, fornecendo vários dos elementos essenciais à vida.

Representação da formação de um planeta do tamanho de Marte (à esquerda), com a hipotética colisão de formação da Lua (à direita), tendo como resultado a distribuição de voláteis em um planeta. Imagem: Rajdeep Dasgupta

Em 2016, Dasgupta foi coautor de um artigo similar mostrando como a quantidade, ou fracionamento, de carbono e enxofre dentro do silicato do nosso planeta poderia ser explicada por uma gigantesca colisão com outro planeta. O novo experimento é diferente na medida em que investigou o destino de três elementos voláteis essenciais à vida — carbono, nitrogênio e enxofre — na sequência de um impacto cataclísmico envolvendo dois planetas rochosos jovens, além de fornecer uma estimativa para o tamanho do planeta hipotético.

“O carbono e o enxofre, por si só, infelizmente não podem fornecer uma solução para a origem dos voláteis na Terra”, diz Dasgupta ao Gizmodo. Sem o nitrogênio, o carbono e o enxofre da Terra poderiam vir de meteoritos primitivos também, explica ele, porque a relação carbono-enxofre do silicato da Terra é similar àquela dos condritos.

“O que mostramos no trabalho atual é que, quando se considera carbono, nitrogênio e enxofre juntos, a entrega por um impacto gigantesco ou a fusão da proto-Terra com um planeta do tamanho de Marte é a solução mais provável”, comenta.

Para simular as condições desse suposto esmagamento planetário, Dasgupta e seus colegas aqueceram e pressurizaram materiais que se pensava existir dentro da Terra durante seu estágio de desenvolvimento. Isso foi feito para replicar, pelo menos no microcosmo, as condições na Terra em profundidades entre 40 a 120 quilômetros.

Esses materiais, que incluíam silicatos e uma liga de ferro-níquel, foram então misturados com enxofre, carbono e nitrogênio, representando a contribuição química do planeta embrionário do tamanho de Marte. Os pesquisadores observaram atentamente o comportamento desses materiais enquanto ajustavam várias variáveis.

Os resultados mostraram que o carbono tem menor probabilidade de se ligar ao ferro metálico que foi misturado com ligas ricas em nitrogênio e enxofre. Ao mesmo tempo, o nitrogênio permaneceu inalterado pelo enxofre.

“O que eles descobriram é que, quando há muito enxofre no sistema, o elemento carbono se comporta de maneira diferente do nitrogênio e não entra no metal [isto é, o núcleo do planeta simulado] tão prontamente, e isso pode levar a uma proporção desses elementos que corresponde à encontrada na Terra”, diz James Day, professor da Scripps Institution of Oceanography que não esteve envolvido com o novo estudo.

Os pesquisadores também mostraram que o vidro vulcânico na Lua e o silicato da crosta terrestre (o material que envolve o núcleo) têm assinaturas isotópicas similares, apontando para uma origem comum. A explicação mais provável, argumentam os pesquisadores, é um enorme impacto com um planeta do tamanho de Marte, uma colisão que não apenas forneceu a maior parte do carbono, nitrogênio e enxofre do nosso planeta, mas também produziu a Lua.

“Nosso estudo desafia os modelos existentes de métodos de entrega de elementos voláteis”, diz Dasgupta ao Gizmodo. “Também resolve o problema de longa data de que as proporções dos elementos voláteis das camadas superficiais da Terra são distintamente diferentes dos blocos de construção que formam o planeta e que conhecemos como condritos”.

Day descreve o novo estudo como “minucioso”, dizendo que os autores são “especialistas em experimentos para entender processos planetários”, que, na sua opinião, “é realmente do que se trata este artigo.” De fato, o estudo baseou-se quase exclusivamente em evidências experimentais e modelagem, exigindo que os autores fizessem várias suposições. Como Day explica, por exemplo, os materiais que formaram a Terra podem não ter sido absolutamente idênticos aos usados ​​no estudo.

De acordo com o novo estudo, a “casca de silicato da proto-Terra — antes de colidir com outro corpo no processo de formação da Lua, pelo menos neste cenário — é pobre em carbono, enxofre e nitrogênio”, disse Day. Na realidade, no entanto, a “abundância desses elementos no manto da Terra antes do impacto da formação da Lua é desconhecida”, diz ele.

Além disso, o cenário postulado pelos pesquisadores “parece presumir que o núcleo de metal rico em enxofre do embrião planetário cai no núcleo da Terra sem nunca interagir com a casca de silicato”, comenta, acrescentando que “muitas simulações sugerem que esse não é necessariamente o caso, o que pode significar uma simplificação excessiva”.

Quanto a comparar o nitrogênio e o hidrogênio dentro do vidro vulcânico lunar com a composição da Terra e depois reivindicar uma origem comum, Day também não ficou convencido.

“Em si mesmos, os vidros piroclásticos da Lua são rochas vulcânicas complicadas, e a causa do enriquecimento de hidrogênio e nitrogênio nessas amostras ainda é controversa”, diz Day ao Gizmodo. “Além disso, ao ligar o impacto da formação da Lua com o enriquecimento de nitrogênio, carbono e enxofre, vários estudos têm argumentado [por exemplo, aqui e aqui] que o astro que colidiu e formou a Terra e a Lua pode ter sido menor ou maior que um corpo do tamanho de Marte, sem violar restrições geoquímicas.”

Em última análise, Day considera que o novo artigo é útil para entender o comportamento do carbono, enxofre e nitrogênio em embriões planetários de tamanhos relativamente pequenos, e também pode ser importante para entender como esses voláteis se comportam dentro de Marte.

“Mais estudos desse tipo são necessários para entender como esses elementos se comportam, especialmente para os planetas com a massa da Terra”, diz Day. “No entanto, embora este estudo sugira o impacto com um corpo do tamanho de Marte, não é provável que esta seja a prova definitiva, tanto para como e quando os voláteis foram entregues à Terra, quanto para o tamanho do astro que colidiu para formar o sistema Terra-Lua.”

Mais provas serão necessárias para demonstrar a procedência dos voláteis da Terra — e também a natureza da formação da Lua. A hipótese do impacto gigante, proposta pela primeira vez pelo geólogo canadense Reginald A. Daly nos anos 1940, é uma das muitas, e o debate continua sem solução.

Ao delinear os pontos fracos do artigo por um pedido nosso, Dasgupta admite que o trabalho era “baseado inteiramente no comportamento geoquímico dos elementos” que não incluía “dinâmicas ou processos físicos envolvidos na acreção e no crescimento planetário”. Olhando para o futuro, Dasgupta e seus colegas gostariam de fazer exatamente isso, integrando seu novo modelo geoquímico com modelos físicos.

Em outras palavras, isso ainda não acabou.

[Science Advances]