Como a Terra conseguiu sua água?

O enigmático quebra cabeças da origem da água no planeta Terra ganhou mais uma peça.

Essa ilustração mostra sobre alguns recursos característicos da Terra, como sua abundância de água e seu estado geral oxidado, os quais podem ser atribuídos a interações entre as atmosferas de hidrogênio molecular e os oceanos de magma nos embriões planetários que compuseram os anos de formação da Terra.
Ilustração de Edward Young/UCLA e Katherine Cain/Carnegie Institution for Science.

Durante décadas, o que os pesquisadores sabiam sobre a formação do planeta baseava-se principalmente em nosso próprio Sistema Solar. No entanto, a explosão da pesquisa de exoplanetas na última década sugeriu uma nova abordagem para modelar o estado embrionário da Terra.

A água do nosso planeta pode ter se originado de interações entre as atmosferas ricas em hidrogênio e os oceanos de magma dos embriões planetários que compreenderam os anos de formação da Terra, de acordo com um novo trabalho de Anat Shahar, da Carnegie Science, e Edward Young e Hilke Schlichting, da UCLA. Suas descobertas, que poderiam explicar as origens dos recursos característicos da Terra, foram publicadas na Nature.

Embora existam alguns debates ativos sobre a formação de gigantes gasosos como Júpiter e Saturno, é amplamente aceite que a Terra e os outros planetas rochosos se acumularam a partir do disco de poeira e gás que cercava nosso Sol em sua juventude.

À medida que objetos cada vez maiores colidiam uns com os outros, os planetesimais bebês que eventualmente formaram a Terra ficaram maiores e mais quentes, fundindo-se em um vasto oceano de magma devido ao calor das colisões e elementos radioativos. Com o tempo, à medida que o planeta esfriava, o material mais denso afundou, separando a Terra em três camadas distintas – o núcleo metálico e o manto e a crosta rochosos de silicato.

No entanto, a explosão da pesquisa de exoplanetas na última década informou uma nova abordagem para modelar o estado embrionário da Terra.

Anat Shahar, da Carnegie Science, explicou:

As descobertas de exoplanetas nos deram uma apreciação muito maior de como é comum que planetas recém-formados sejam cercados por atmosferas ricas em hidrogênio molecular (H₂) durante seus primeiros milhões de anos de crescimento. Eventualmente, essas camadas atmosféricas de hidrogênio se dissipam, mas deixam suas impressões digitais na composição do jovem planeta.

Usando essas informações, os pesquisadores desenvolveram novos modelos para a formação e evolução da Terra para ver se as características químicas distintas de nosso planeta natal poderiam ser replicadas.

Através de um modelo recém-desenvolvido, os pesquisadores de Carnegie e da UCLA foram capazes de demonstrar que, no início da existência da Terra, as interações entre o oceano de magma e uma proto-atmosfera de hidrogênio molecular poderiam ter dado origem a algumas características da Terra, como sua abundância de água e seu estado geral oxidado.

Os pesquisadores usaram modelagem matemática para explorar a troca de materiais entre atmosferas de hidrogênio molecular e oceanos de magma, observando 25 compostos diferentes e 18 tipos diferentes de reações, complexas o suficiente para fornecer dados valiosos sobre a possível história formativa da Terra, mas simples o suficiente para interpretar completamente.

As interações entre o oceano de magma e a atmosfera durante a Terra-bebê simulada resultaram no movimento de grandes massas de hidrogênio no núcleo metálico, na oxidação do manto e na produção de grandes quantidades de água.

Mesmo que todo o material rochoso que colidiu para formar o planeta em crescimento estivesse completamente seco, essas interações entre a atmosfera de hidrogênio molecular e o oceano de magma gerariam grandes quantidades de água, revelaram os pesquisadores. Outras fontes de água são possíveis, dizem eles, mas não são necessárias para explicar o estado atual da Terra.

Conforme Anat Shahar:

Esta é apenas uma explicação possível para a evolução do nosso planeta, mas que estabeleceria uma ligação importante entre a história da formação da Terra e os exoplanetas mais comuns que foram descobertos orbitando estrelas distantes, chamados de Super-Terras e sub-Netunos.

Este trabalho fez parte do projeto AEThER, interdisciplinar e multi-institucional, iniciado e liderado por Anat Shahar, que busca revelar a composição química dos planetas mais comuns da Via Láctea – Super-Terras e sub-Netunos – e desenvolver uma estrutura para detectar assinaturas de vida em mundos distantes. Financiado pela Fundação Alfred P. Sloan, esse esforço foi desenvolvido para entender como a formação e a evolução desses planetas moldam suas atmosferas. Isso poderia, por sua vez, permitir que os cientistas diferenciassem verdadeiras bioassinaturas, que só poderiam ser produzidas pela presença de vida, de moléculas atmosféricas de origem não biológica.

Anat Shahar concluiu:

Telescópios cada vez mais poderosos estão permitindo aos astrônomos entender as composições das atmosferas dos exoplanetas em detalhes nunca vistos anteriormente. O trabalho do AEThER divulgará suas observações com dados experimentais e de modelagem que, esperamos, levem a um método infalível para detectar sinais de vida em outros mundos.

Artigo Científico

Nature: Earth shaped by primordial H2 atmospheres

Fonte

Carnegie Science: How did Earth get its water?

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