Formação do Planeta Terra

Crédito: Ashley Norris, Oxford University

Como o planeta Terra se formou?

Com base nas observações de estrelas recém-formadas, os cientistas sabem como esse processo se deu de forma geral.
Um disco de poeira e gás se formou ao redor do Sol, esse gás junto com a poeira foi condensando formando sólidos que foram se acumulando em corpos rochosos maiores como asteroides e pequenos planetoides. No decorrer de 100 milhões de anos esses planetoides colidiram e começaram a formar os planetas como vemos hoje, incluindo a Terra.

Essa visão geral é bem definida, mas muitos processos envolvidos na formação que deram forma ao nosso planeta não eram tão claros até agora.

E esses detalhes são de suma importância para entender duas coisas a respeito da formação da Terra: como se deu o processo de crescimento, e porque a Terra tem uma ausência de determinados elementos químicos.

Os cientistas sabem que a Terra, se comparada com o sistema solar como um todo, tem falta de determinados elementos que estavam presentes no disco protoplanetário, como o chumbo, o zinco, o cobre, a prata, o bismuto, entre outros.
A explicação que se tinha até então é que a Terra cresceu sem esses elementos e que aos poucos uma pequena quantidade deles foi adicionada à Terra por meio da colisão de asteroides.
Porém essa ideia não explica a abundância de outros elementos, como o índio.

E na ciência não adianta ficar conjecturando. Tem que literalmente pôr a mão na massa. E foi isso que um grupo de pesquisadores fez.

Eles construíram um experimento baseado numa fornalha onde eles controlavam a temperatura e a atmosfera para simular o estado de baixa oxidação no início da Terra.
Numa série particular de experimentos, eles derreteram rochas a 1300 graus Celsius em condições de pouco oxigênio e determinaram quantos distintos elementos voláteis eram evaporados da lava derretida.
Durante o experimento, cada elemento de interesse evaporava em diferentes quantidades. As amostras de lava eram então rapidamente esfriadas e os padrões de perdas dos elementos eram determinados pela análise química.
E os experimentos mostraram que a volatilidade medida na lava derretida concordava com os padrões de depleção observados na Terra, em particular, o caso do índio, onde a volatilidade concordava exatamente com a abundância observada no nosso planeta.

Com isso, os pesquisadores chegaram a uma conclusão sobre como a Terra foi formada.
O padrão de depleção de elementos voláteis foi estabelecido pela reação entre a rocha derretida e a condição de pouco oxigênio na atmosfera.
Essas reações podem ter ocorrido no início da formação dos planetoides que se juntaram para formar a Terra, onde eles podem ter sofrido derretimento e evaporação dos elementos, ou possivelmente durante o gigantesco impacto que formou a Lua e que pode ter derretido boa parte do nosso planeta.

O experimento desenvolvido mostrou uma boa concordância com os dados observados, e os cientistas querem aplicar esse mesmo experimento para entender a formação e depleção de outros elementos químicos na Terra.

Entender a volatilidade dos elementos é fundamental para entender como os planetas como a Terra se formaram.

Existe uma grande questão para quem estuda ciência planetária – o ramo da astronomia que estuda os planetas e objetos do sistema solar -, que é: por que os planetas têm uma composição pobre em voláteis?
Será que isso é devido a algum processo de mistura de elementos que aconteceu na nebulosa protoplanetária que viria a dar origem aos planetas, ou isso está ligado ao processo de formação dos planetas?

No modelo vigente atualmente, os planetas crescem por um processo chamado de acreção: o material vai gradualmente se acumulando e depois, por meio de colisões, esse material é misturado com o dos seus vizinhos e é isso que gera a diferenciação química observada nos planetas.

Durante os processos de colisão, uma grande quantidade de calor é gerada, o que produz oceanos de magma e por um tempo é criada uma atmosfera de rocha vaporizada.

Antes de atingir um determinado tamanho, aproximadamente o tamanho de Marte, a gravidade é muito fraca para manter o material coeso num planeta. Então num processo caótico, material é perdido e adquirido pelo corpo planetário.

Para entender bem esse processo e tentar responder à pergunta sobre a perda de voláteis, um grupo de pesquisadores resolveu estudar os isótopos de magnésio.
Esses isótopos mudam como resultado do processo de vaporização de silicatos sofrido pelos planetas no início das suas vidas.

Os pesquisadores analisaram amostras da Terra, juntamente com amostras de meteoritos provenientes de Marte e de Vesta (o maior asteroide do cinturão de asteroides).
Com isso chegaram às seguintes conclusões: as razões de isótopos de magnésio nos três objetos é diferente de qualquer composição plausível para a nebulosa inicial de formação dos planetas.

A composição dos planetas com isótopos pesados de magnésio, indica uma perda substancial de massa através de repetidos episódios de vaporização.

Essa pesquisa atualiza o que se pensava sobre a formação dos planetas.
Até então se pensava que os planetas eram gerados a partir de violentas colisões, e que suas composições eram diferentes, mas nunca se chegou ao elo dessas duas coisas.
Essa pesquisa mostrou que a perda de vapor durante as colisões de alta energia afeta de maneira decisiva a composição dos planetas.

Isso parece ser uma regra não só para a Terra e para Marte mas também para todos os outros planetas, e até mesmo para exoplanetas.

Mas vale realçar que as diferenças nas histórias de colisão dos planetas resultarão em diferenças nas suas composições.

Esse é o estado da arte atual sobre como a composição química dos planetas foi moldada no início da sua formação.

Vamos fechar essa série de vídeos sobre a formação da Terra e sobre composição química do nosso planeta falando um pouco do carbono.

O carbono é o elemento fundamental para a vida no nosso planeta. Por isso falamos que a vida como conhecemos é baseada no carbono.
Mas na Terra, o carbono é um elemento relativamente raro. Diferente do que acontece nos cometas onde a proporção de carbono chega a ser de 10% ou mais de toda a matéria do objeto.

Com base nos modelos padrões que simulam as reações de carbono na nebulosa solar, onde o Sol e os planetas tiveram suas origens, a Terra e os outros planetas terrestres deveriam ter 100 vezes mais carbono do que possuem.
O que aconteceu então para que a Terra perdesse esse carbono?

Vamos lembrar dos vídeos anteriores: já chegamos à conclusão de que durante a formação do nosso planeta, ele sofreu colisões repetidas que o esquentaram, e esse aquecimento acabou resultando na perda de elementos voláteis, de uma lista de elementos e também, muito provavelmente de carbono.

Os pesquisadores observaram isso nos côndrulos: os grãos arredondados que se formaram durante os eventos de aquecimento nos meteoritos.
Esses eventos repetidos de colisão e esses períodos de aquecimento que geram picos na temperatura dos côndrulos seria a evidência que os pesquisadores estavam procurando.

Embora o carbono seja essencial para a vida, ele tem que estar presente na quantidade correta.
Se por acaso tivéssemos muito mais carbono do que temos, a vida talvez não tivesse se desenvolvido. O excesso de carbono poderia formar CO2 que é um gás de efeito estufa, e esse excesso de CO2 na atmosfera poderia fazer com que os oceanos evaporassem. Assim, nós não teríamos água suficiente. Portanto, a vida não teria se desenvolvido como a conhecemos. Ou seja, essa ausência de carbono foi fundamental para estarmos aqui.

Fontes: Phys.org , Phys.org , Phys.org