Há bilhões de anos, o sistema solar era uma vasta nuvem giratória de gás e poeira. Com o tempo, esse material se aglutinou em objetos sólidos, formando os primeiros meteoritos. Esses meteoritos foram se unindo através de impactos repetidos para criar o proto Terra e seus planetas vizinhos.

Durante sua fase inicial, a Terra era um mundo derretido, coberto de lava. Menos de 100 milhões de anos depois, ocorreu um evento catastrófico quando um corpo do tamanho de Marte colidiu com o jovem planeta em um que os cientistas chamam de “impacto gigante”. A colisão derreteu e misturou o interior do planeta, eliminando grande parte de sua identidade química original. Por décadas, os cientistas acreditaram que qualquer vestígio do proto Terra havia sido completamente destruído por essa turbulência cósmica.

No entanto, os novos resultados da equipe do MIT desafiam essa suposição. Os pesquisadores encontraram uma assinatura química incomum em amostras de rochas antigas e profundas que difere dos materiais encontrados na Terra atualmente. Essa assinatura se manifesta como um leve desequilíbrio nos isótopos de potássio – átomos do mesmo elemento com diferentes números de nêutrons. Após uma análise meticulosa, os cientistas concluíram que a anomalia não poderia ter sido criada por impactos posteriores ou por processos geológicos em andamento dentro da Terra.

A explicação mais plausível é que essas rochas preservem pequenas porções do material original do proto Terra, de alguma forma sobrevivendo à violenta reconfiguração do planeta.

“Esta é talvez a primeira evidência direta de que preservamos materiais do proto Terra,” diz Nicole Nie, professora assistente em Desenvolvimento de Carreira Paul M. Cook de Ciências da Terra e Planetárias no MIT. “Vemos um pedaço da Terra muito antiga, até antes do impacto gigante. Isso é surpreendente porque esperávamos que essa assinatura muito antiga fosse lentamente apagada ao longo da evolução da Terra.”

Os coautores de Nie incluem Da Wang da Universidade de Tecnologia de Chengdu (China), Steven Shirey e Richard Carlson do Instituto Carnegie de Ciência (Washington, D.C.), Bradley Peters da ETH Zürich (Suíça) e James Day da Instituição Scripps de Oceanografia (Califórnia).

Uma anomalia curiosa

Em 2023, Nie e sua equipe examinaram diversos meteoritos bem documentados coletados em todo o mundo. Esses meteoritos se formaram em diferentes épocas e locais ao longo do sistema solar, capturando sua química em mudança ao longo de bilhões de anos. Quando os pesquisadores compararam suas composições com a da Terra, perceberam uma peculiar “anomalia isotópica de potássio”.

O potássio ocorre naturalmente em três formas isotópicas – potássio-39, potássio-40 e potássio-41 – cada uma com uma leve diferença em massa atômica. Na Terra moderna, potássio-39 e potássio-41 predominam, enquanto o potássio-40 existe apenas em quantidades mínimas. No entanto, os meteoritos apresentaram razões isotópicas distintas das típicas encontradas na Terra.

Essa descoberta sugere que qualquer substância que mostre o mesmo tipo de desequilíbrio de potássio deve vir de material que existia antes do impacto gigante que alterou a química da Terra. Em essência, a anomalia poderia servir como uma impressão digital do material proto-Terra.

“Nesse estudo, descobrimos que diferentes meteoritos têm diferentes assinaturas isotópicas de potássio, e isso significa que o potássio pode ser usado como um traçador dos blocos de construção da Terra,” explica Nie.

“Construído de forma diferente”

No estudo atual, a equipe procurou sinais de anomalias de potássio não em meteoritos, mas dentro da Terra. As amostras incluíram rochas em forma de pó de Groenlândia e Canadá, onde algumas das rochas mais antigas preservadas podem ser encontradas. Eles também analisaram depósitos de lava coletados no Havai, onde vulcões trouxeram alguns dos mais antigos e profundos materiais da Terra do manto (a camada de rocha mais espessa do planeta que separa a crosta do núcleo).

“Se essa assinatura de potássio for preservada, queremos procurá-la no tempo profundo e na Terra profunda,” diz Nie.

A equipe primeiro dissolveu as várias amostras em ácido, em seguida, isolou cuidadosamente qualquer potássio do resto da amostra e usou um espectrômetro de massa especial para medir a razão entre os três isótopos do potássio. Notavelmente, identificaram nas amostras uma assinatura isotópica que era diferente da maioria dos materiais encontrados na Terra.

Especificamente, identificaram um déficit no isótopo potássio-40. Na maioria dos materiais na Terra, esse isótopo já é uma fração insignificante em comparação com os outros dois isótopos do potássio. Mas os pesquisadores conseguiram discernir que suas amostras continham uma porcentagem ainda menor de potássio-40. Detectar esse pequeno déficit é como notar um único grão de areia marrom em um balde em vez de uma colher cheia de areia amarela.

A equipe confirmou que as amostras realmente exibiam o déficit de potássio-40, mostrando que os materiais “foram construídos de forma diferente,” diz Nie, em comparação com a maioria do que vemos na Terra atualmente.

Mas poderia as amostras ser remanescentes raros do proto Terra? Para responder a isso, os pesquisadores supuseram que essa poderia ser a situação. Eles raciocinaram que, se o proto Terra fosse originalmente feito de materiais com tal déficit de potássio-40, então a maior parte desse material teria sofrido mudanças químicas – resultantes do impacto gigante e de impactos de meteoritos subsequentes – que, em última análise, resultaram nos materiais com mais potássio-40 que vemos hoje.

A equipe usou dados composicionais de todos os meteoritos conhecidos e realizou simulações de como o déficit de potássio-40 das amostras mudaria após impactos desses meteoritos e do impacto gigante. Eles também simularam processos geológicos que a Terra experimentou ao longo do tempo, como o aquecimento e a mistura do manto. No final, suas simulações produziram uma composição com uma fração ligeiramente maior de potássio-40 em comparação com as amostras do Canadá, Groenlândia e Havai. Mais importante, as composições simuladas corresponderam àquelas da maioria dos materiais modernos.

O trabalho sugere que materiais com um déficit de potássio-40 são provavelmente resquícios do material original do proto Terra.

Curiosamente, a assinatura das amostras não corresponde de maneira precisa a qualquer outro meteorito nas coleções dos geólogos. Embora os meteoritos no trabalho anterior da equipe apresentassem anomalias de potássio, eles não são exatamente o déficit encontrado nas amostras do proto Terra. Isso significa que quaisquer meteoritos e materiais que originalmente formaram o proto Terra ainda não foram descobertos.

“Os cientistas têm tentado entender a composição química original da Terra combinando as composições de diferentes grupos de meteoritos,” diz Nie. “Mas nosso estudo mostra que o inventário atual de meteoritos não está completo, e há muito mais a aprender sobre de onde nosso planeta veio.”

Esse trabalho foi apoiado, em parte, pela NASA e pelo MIT.