Cientistas apoiados pela NASA forneceram novas informações sobre como a Terra primitiva pode ter adquirido alguns elementos necessários para que o planeta se tornasse habitável. Eles também sugerem um novo papel para Júpiter na distribuição desses elementos por todo o jovem sistema solar. O estudo, publicado hoje em Science Advances, investiga essa história analisando a razão entre fósforo e nitrogênio em meteoritos de ferro e em objetos mais jovens conhecidos como condritos.
O estudo sugere que a Terra obteve seu conjunto de elementos essenciais à vida — fósforo e nitrogênio — principalmente a partir do sistema solar interno, sem exigir uma contribuição significativa de condritos do sistema solar externo.
Debjeet Pathak Rice University
Formação de sistemas planetários
Nosso sistema solar se formou a partir de gás e poeira que giravam em torno do proto-Sol há mais de 4,5 bilhões de anos. Esse gás continha as matérias-primas necessárias para formar planetas, luas e, por fim, a vida como a conhecemos. Dois elementos particularmente importantes para a vida são o nitrogênio e o fósforo.
Toda a vida na Terra precisa dos mesmos elementos: carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre (CHNOPS). Esses elementos vieram do espaço, nascidos no interior das estrelas e espalhados em nuvens de gás e poeira. A gravidade então fez esse material se reunir, formando novas estrelas e objetos menores como planetas.
NASA
Nos estágios mais iniciais do sistema solar, gás e poeira se aglutinaram em corpos conhecidos como planetesimais. À medida que esses objetos orbitavam o jovem Sol nesse ambiente caótico, planetesimais colidiram, deixando fragmentos estilhaçados por todo o sistema. Com o tempo, muitas dessas peças foram incorporadas a planetas e luas. Outras partes sobrevivem até hoje como asteroides, ainda orbitando o Sol, e — se impactaram a Terra e foram recuperadas — como meteoritos. Esses meteoritos oferecem uma janela para o sistema solar primitivo, em um período anterior à existência da Terra. Condritos e meteoritos de ferro são duas classes diferentes desses meteoritos.
Como o nome sugere, meteoritos de ferro são objetos densos e metálicos, feitos principalmente de liga ferro-níquel. Condritos, por outro lado, são objetos rochosos e respondem pela maior parte dos meteoritos encontrados na Terra.
Cada tipo de meteorito tem origem em planetesimais que se formaram em momentos diferentes do nosso sistema. A geração mais antiga de planetesimais é a fonte dos meteoritos de ferro. Os condritos vieram de uma segunda geração de planetesimais, que se formou 2–3 milhões de anos depois.
Construção de planetas habitáveis
Compreender como a Terra foi feita e o momento de sua formação é importante para astrobiólogos que estudam como e quando nosso planeta se tornou habitável para a vida como a conhecemos. A jovem Terra precisava ter uma reserva dos ingredientes da vida, incluindo nitrogênio e fósforo, para que as primeiras células vivas se formassem.
Há um debate entre cientistas sobre de onde veio o estoque de elementos essenciais à vida da Terra. Algumas evidências apontam para condritos do sistema solar externo viajando para o interior para chegar à Terra tardiamente, no processo de formação do nosso planeta. No entanto, o novo estudo conta uma história diferente.
Usando experimentos de laboratório e modelos geoquímicos, a equipe reconstruiu um mapa das razões fósforo-nitrogênio (P/N) no sistema solar primitivo e encontrou diferenças entre a primeira (meteoritos de ferro) e a segunda (condritos) gerações de planetesimais.
Uma ilustração do nosso sistema solar. O cinturão de asteroides fica entre Marte e Júpiter, separando nosso sistema nas chamadas regiões interna e externa.
NASA/JPL-Caltech
Os experimentos e a modelagem geoquímica subsequente mostraram que a primeira geração tinha uma razão P/N mais alta no sistema solar externo, e essa razão diminuía em direção ao sistema solar interno. Essa tendência se inverteu na segunda geração de planetesimais, com razões P/N mais altas no sistema solar interno.
A ideia é que, durante a formação da primeira geração de planetesimais, houve um fluxo para fora de material que elevou a razão P/N no sistema solar externo. Então veio Júpiter.
Para o nosso próprio sistema solar, a presença de Júpiter e sua história de crescimento, de fato, parecem ter desempenhado um papel crítico na determinação da distribuição dos ingredientes químicos básicos necessários para mundos habitáveis.
Rajdeep Dasgupta Rice University
À medida que Júpiter se formou e cresceu até um tamanho enorme (e com grande influência gravitacional), o planeta restringiu o movimento de fósforo e nitrogênio do sistema solar interno para o externo. Isso significou que, quando a segunda geração de planetesimais surgiu, aqueles no sistema solar interno ficaram com uma razão P/N mais alta do que seus “parentes” mais ao longe.
“Para o nosso próprio sistema solar, a presença de Júpiter e sua história de crescimento, de fato, parecem ter desempenhado um papel crítico na determinação da distribuição dos ingredientes químicos básicos necessários para mundos habitáveis”, disse Rajdeep Dasgupta, da Rice University, em Houston, e autor sênior do estudo. “Permanece uma questão em aberto se um orçamento de elementos essenciais à vida semelhante ao da Terra pode ser estabelecido sem um planeta do tipo Júpiter na população.”
A modelagem de acreção geoquímica também mostra que a assinatura P/N atual da Terra é melhor reproduzida por planetesimais do sistema solar interno, seja aqueles relacionados a meteoritos de ferro, seja aqueles relacionados a condritos.
“O estudo sugere que a Terra obteve seu conjunto de elementos essenciais à vida — fósforo e nitrogênio — principalmente a partir do sistema solar interno, sem exigir uma contribuição significativa de condritos do sistema solar externo”, disse o autor principal do estudo, Debjeet Pathak, estudante de pós-graduação na Rice University.
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