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Carbono terrestre aponta para colisão planetária

Taxas do elemento sugerem que a Terra colidiu com planeta semelhante a Mercúrio

NASA/JPL-Caltech 

Em um novo estudo publicado essa semana no periódico científico Nature Geoscience, o petrólogo da Universidade Rice, Rajdeep Dasgupta, e seus colegas ofereceram uma nova resposta para uma questão geológica há muito debatida: Como uma vida dependente de carbono se desenvolveu na Terra, sendo que a maior parte do carbono do planeta deveria ter fervido em seus primeiros dias ou ter ficado preso em seu núcleo?

"O desafio é explicar a origem de elementos voláteis, como o carbono, que continuam fora do núcleo terrestre, na parte do manto,” afirmou Dasgupta, que assinou o estudo junto com o autor principal e pesquisador de pós-doutorado da Rice, Yuan Li, o cientista Kyusei Tsuno e os colegas do Instituto Oceanográfico Woods Hole, Brian Monteleone e Nobumichi Shimizu.

O laboratório de Dasgupta é especializado em recriar as altas pressões e temperaturas que existem nas profundezas da Terra e outros planetas rochosos. Sua equipe espreme pedras com prensas hidráulicas que podem simular as condições existentes a mais de 400 quilômetros abaixo da superfície da Terra, ou na fronteira entre manto e núcleo no interior de planetas menores, como Mercúrio.

"Antes desse estudo, nós havíamos publicados muitos outros que mostravam que mesmo que o carbono não tivesse evaporado quando a Terra estava em grande parte derretida, ele acabaria no núcleo metálico do nosso planeta, porque as ligas ricas em ferro de lá possuem uma forte afinidade com o carbono.” diz Dasgupta.

O núcleo da Terra, que é composto majoritariamente de ferro, representa cerca de um terço da massa do planeta. O manto de silicato forma os outros dois terços e se estende por mais de 2400 quilômetros abaixo da superfície terrestre. O manto, atmosfera e crosta realizam trocas de elementos constantemente, incluindo os elementos voláteis essenciais à vida.  

Se a cota inicial de carbono da Terra evaporou para o espaço ou ficou presa no núcleo, de onde veio o carbono no manto e na biosfera?

"Uma ideia popular é a de que os elementos voláteis como carbono, enxofre, nitrogênio e hidrogênio foram adicionados depois do núcleo terrestre ter terminado de se formar,” afirmou Li, que agora é cientista do Instituto de Geoquímica Guangzhou, da Academia Chinesa de Ciências. "Qualquer um desses elementos que caíram na Terra em meteoritos e cometas há mais de 100 milhões de anos depois da formação do Sistema Solar poderiam ter evitado o intenso calor do oceano de magma que cobria a Terra até então.”

"O problema com essa ideia é que embora ela dê conta de explicar a abundância de muitos desses elementos, não se sabe de nenhum meteorito que poderia ter produzido as taxas de elementos voláteis na porção de silicato do nosso planeta,” explicou Li.

No final de 2013, a equipe de Dasgupta começou a pensar em maneiras não convencionais de abordar a questão dos voláteis e da composição do núcleo, e decidiram conduzir experimentos para sondar como o enxofre ou silício poderiam ter alterado a afinidade entre ferro e carbono. A ideia não veio do estudo da Terra, mas de seus vizinhos planetários.

"Nós pensamos que definitivamente precisávamos nos separar da abordagem convencional à respeito da composição do núcleo como sendo apenas ferro, níquel e carbono,” lembra Dasgupta. "Então começamos a explorar ligas ricas em silício e enxofre, em parte porque acredita-se que o núcleo de Marte é rico em enxofre e, o de Mercúrio, relativamente rico em silício.

“Era um espectro de composição que parecia relevante, se não para o nosso próprio planeta, então para todos os corpos planetários terrestres que temos em nosso Sistema Solar,” ele disse.

Os experimentos revelaram que o carbono poderia ser excluído do núcleo — e relegado ao manto de silicato — se as ligas de ferro no núcleo fossem ricas ou em silício ou em enxofre.

"O dado chave revelou como o partilhamento do carbono entre as porções metálicas e de silicato dos planetas terrestres variam como uma função das variáveis como temperatura, pressão, e conteúdo de enxofre ou silício,” disse Li.

A equipe mapeou as concentrações relativas de carbono que surgiriam sob vários níveis de enriquecimento de enxofre ou silício, e os pesquisadores compararam essas concentrações com às conhecidas de voláteis no manto de silicato da Terra.

“Um cenário que explica a taxa carbono-para-enxofre e a abundância de carbono é o de que o embrião de um planeta semelhante a Mercúrio, que já havia formado um núcleo rico em silício, colidiu conosco e foi absorvido pela Terra,” afirmou Dasgupta. "Como se trata de um corpo massivo, a dinâmica poderia funcionar de um jeito que o núcleo daquele planeta iria direto para o núcleo do nosso planeta, e o manto rico em carbono se misturaria com o manto da Terra.”

"Nesse trabalho, nós focamos no carbono e no enxofre,” disse ele. “Muitos outros trabalhos precisarão ser feitos para abordar todos os elementos voláteis, mas ao menos no que diz respeito à abundância e taxas de carbono e enxofre, nós achamos que esse cenário poderia explicar sua presença.”

 

Universidade Rice

 

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