¿De dónde viene el agua de la Tierra?Es una de las preguntas más persuasivas en el esfuerzo continuo por comprender el surgimiento de la vida.La ubicación del sistema solar interior de la Tierra era demasiado caliente para que el agua se condensara en la Tierra primordial.La opinión general es que los asteroides y los cometas trajeron agua a la Tierra desde regiones más allá del sistema solar.Línea congelada.
Pero un nuevo estudio publicado en la revista Nature Astronomy sugiere una explicación adicional para el agua de la Tierra.Como dice la opinión predominante, algunos de ellos pueden haber venido de asteroides y cometas.
Pero la mayor parte del hidrógeno ya estaba aquí, esperando que se formara la Tierra.
Para comprender el origen del agua de la Tierra, los científicos estudian la composición isotópica.Hay evidencia de agua no solo en el agua de la Tierra, sino también en meteoritos, asteroides y otras partes del sistema solar que han encontrado.En este nuevo estudio, los científicos han desarrollado una nueva técnica para determinar la composición isotópica del agua en el meteorito más antiguo jamás descubierto.
La investigación es “Determinación de la composición isotópica inicial del hidrógeno en el sistema solar.”El primer autor es Jérôme Aléon, investigador del Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (CNRS/MNHN/Universidad de la Sorbona).
Los científicos conocen los isótopos desde principios del siglo XX.Hay tres isótopos de hidrógeno que ocurren naturalmente.Unotiempo,2manoTrestiempo.Unomano2H es estable mientrasTresH es inestable.Los tres isótopos de hidrógeno también se llaman protones, deuterio y tritio.El agua contiene tres cosas, específicamente protio y deuterio, en diferentes cantidades.Los científicos expresan estas cantidades relativas como porcentajes.La relación D/H es la relación de deuterio a hidrógeno.(Los investigadores a menudo usan el término.UnoH, protio e hidrógeno son intercambiables.)
El deuterio puede reemplazar al hidrógeno en las moléculas de agua.Cuando el deuterio reemplaza al hidrógeno en cierta cantidad de agua, se le llama agua pesada.El agua de la Tierra a veces contiene moléculas de H2O que contienen deuterio en lugar de hidrógeno.
Sabemos exactamente cuál es la relación D/H del agua en la Tierra.1,5576 ± 0,0005) × 10.-4.Esta proporción es una huella digital que los científicos usan para comparar el agua de la Tierra con los depósitos en otras partes del sistema solar.Por ejemplo, el hidrógeno contenido en los minerales dentro de los meteoritos antiguos puede no ser agua, pero tiene diferentes proporciones de isótopos de hidrógeno que reflejan la D/H presente cuando se formó el mineral.
Ese hecho está en el corazón del nuevo estudio.Podemos hacer retroceder el reloj hasta la formación del sistema solar para comprender este estudio.volver a cuando nació el solnube molecular.
Después de que el sol toma forma en esas nubes, se rodea de cúmulos de gas más pequeños llamados nebulosas solares.Un planeta formado a partir del material de la nebulosa solar.Este nuevo estudio se centra en 200.000 años después de la formación del sol, pero antes de la formación de embriones planetarios.Para entender ese período de tiempo, los investigadoresInclusiones ricas en calcio y aluminio(CAI) Un tipo de meteorito llamado condrita carbonácea.
CAI es la roca más antigua que tenemos.Los minerales que contiene son algunos de los primeros sólidos en condensarse en el disco protoplanetario.4567,30 ± 0,16 millones de años.Los científicos usan CAI para definir la edad del sistema solar. Esto se debe a que CAI se remonta al sistema solar primordial antes de que se formaran los planetas.
En este estudio, los investigadores midieron la composición isotópica del hidrógeno en los minerales capturados por CAI.Estas medidas determinaron la composición isotópica del hidrógeno cuando nació el sistema solar.Los minerales atrapados dentro del CAI se denominan xenolitos.Los xenolitos quedaron atrapados dentro del CAI mientras se enfriaban del estado del magma.
Los investigadores midieron la composición del isótopo H de los xenolitos individuales del tamaño de un micrómetro en E101.1 utilizando espectrometría de masas de iones secundarios a nanoescala (NanoSIMS). Su objetivo era determinar las huellas dactilares D/H de estos minerales.
En un intercambio de correos electrónicos con Universe Today, el autor principal, Jérôme Aléon, describió los hallazgos del estudio.“Nos enfocamos en esta roca porque el xenolito quedó atrapado en el CAI anfitrión de la nebulosa solar.Por lo tanto, proporciona un buen registro de lo que sucedió en la Nebulosa Solar”. Aleón dijo.
¿Por qué los xenolitos tienen diferentes huellas dactilares isotópicas?Aléon explicó la otra cara de la composición de varios isótopos.
“Todos los minerales básicos formados por la condensación del gas solar tienen un bajo contenido de hidrógeno y están empobrecidos en deuterio, por lo que la composición final es similar a la que se esperaría del gas de la nebulosa solar principal.Así que lo más probable es que atraparan algo de hidrógeno de la nebulosa solar durante la formación”, dijo Aléon.
Sin embargo, los minerales primarios no quedaron como tales.Sucedían muchas cosas en el joven sistema solar.La situación no era estática.Un segundo tipo de mineral formado sobre la base de un mineral primario.
“Es el segundo tipo de mineral que se forma a partir de minerales primarios y es rico en hierro en condiciones oxidantes.Se ha encontrado que estos minerales tienen (1) un contenido de hidrógeno relativamente alto y (2) una composición isotópica similar a la del agua de la Tierra.Entonces se formaron en condiciones oxidantes con vapor de agua que tiene la composición isotópica del agua de la Tierra”, dijo Aléon.
Ahora tenemos un CAI con minerales que contienen un registro de agua con dos huellas dactilares isotópicas separadas.El primer tipo coincide con la relación D/H de la nebulosa solar, y el segundo tipo se parece más a la relación D/H del agua de la Tierra.
Sin embargo, el sistema solar aún no ha completado la corrección de la relación D/H.Las cosas cambiaron nuevamente cuando el CAI parcialmente fundido capturó el mineral del genolito.
“Encontramos un tercer tipo de mineral formado por la reducción de un segundo tipo de mineral mientras el CAI anfitrión (y por lo tanto necesariamente en la nebulosa solar) estaba capturando el xenolito”, dijo Aléon.“Estos minerales (1) tienen un bajo contenido de hidrógeno y (2) tienen una composición isotópica de hidrógeno que se entiende completamente como pérdida de hidrógeno durante la captura de xenolitos.Por lo tanto, su mera existencia y composición isotópica prueba que un segundo tipo de mineral con una composición similar a la de la Tierra se formó en realidad en la Nebulosa Solar antes de que los xenolitos fueran capturados por el CAI anfitrión”.
Esta es una búsqueda geoquímica compleja.Pero conduce a una nueva comprensión. Debe haber habido dos depósitos de gas en la historia muy temprana del sistema solar.Y los Genolis dentro del CAI se encontraron con estos depósitos de gas en diferentes momentos.
“Así probamos la existencia de dos gases nebulosos que fueron encontrados en sucesión por el xenolito antes de la captura.(1) gas H2 de la Nebulosa Solar, que está casi libre de deuterio, y (2) gas rico en H2O con una composición isotópica similar a la de la Tierra”, explicó Aléon.
Los primeros depósitos de gas se asociaron con la formación del sol y los discos protoplanetarios, y encontramos huellas dactilares de estos gases atrapados en los minerales clave de xenolis.Pero, ¿de dónde vino el segundo depósito de gas distinto?
Aléon explica lo que pasó.“Las estrellas y los sistemas planetarios de estrellas se formaron por el colapso de las frías nubes interestelares.En el medio interestelar, el hidrógeno se distribuye en dos “cajas”.La caja 1 es el principal gas H2.Contiene casi todos los átomos de hidrógeno y muy poco deuterio.Este gas corresponde a la mayor parte del gas de la nebulosa solar de Sunformed, y lo encontramos atrapado en el mineral principal del xenolito”.
“La caja 2 contiene solo una pequeña fracción de átomos de hidrógeno inmersos en moléculas (como el hielo) formadas a temperaturas extremadamente bajas de las frías nubes interestelares.Debido a estas temperaturas tan bajas, es muy rico en deuterio, mucho más que en la Tierra”, dijo Aléon.
“Entonces, lo que sugerimos es que el disco protoplanetario formado durante el colapso (y, en última instancia, el interior donde se formarán los planetas) se evapora mientras el agua en el recuadro 2 se enriquece y fluye hacia la región interior caliente del disco”, dijo Aléon.Este exceso de agua tiene las condiciones oxidativas necesarias para la formación de un segundo tipo de mineral y produce un gas con una composición isotópica similar a la de la Tierra (en medio de la casilla 1 y la casilla 2) que se encuentra en el agua de la Tierra, pero también lo hacen muchos otros objetos planetarios. .”
Sus resultados muestran que había dos depósitos de gas en el sistema solar primitivo. Ambos pueden ser identificados por diferentes huellas dactilares isotópicas.Un depósito de gas contenía huellas dactilares del agua de la Tierra y otros isótopos.El segundo depósito de gas se enriqueció con agua que se evaporó a medida que se acercaba al sistema solar interior.El vapor proporcionó las condiciones para oxidar el segundo tipo de mineral xenolis en CAI.Su huella isotópica coincide con el agua de la Tierra entre la D/H de la primera parte del medio interestelar, que Aléon llama Box1, y la segunda parte, que él llama Box2.
Según el comunicado de prensa que acompaña al documento, “Fue creado por una afluencia masiva de agua interestelar en las regiones internas calientes del sistema solar cuando la envoltura interestelar colapsó y se formó el disco protoplanetario”.”La existencia temprana de este gas con una composición isotópica similar a la de la Tierra significa que el agua de la Tierra existía antes de que se unieran los primeros bloques de construcción de nuestro planeta”.
Entonces, cuando se formó la Tierra, el hidrógeno rico en deuterio estaba esperando.
“Reportamos la composición isotópica de hidrógeno de un mineral nominalmente anhidro en un fragmento de CAI que una vez quedó atrapado en un CAI huésped fundido”, escriben los autores.“Los minerales primarios tienen relaciones D/H muy bajas y valores de ΔD de hasta -850 ‰, lo que documenta la captura de hidrógeno en la nebulosa.Los minerales ricos en óxido de hierro formados antes de la captura de los fragmentos documentan la existencia de depósitos de gas de nebulosa con fugacidad de oxígeno muy por encima de los valores solares y relaciones D/H dentro del 20% de los niveles oceánicos de la Tierra”.
La formación de estrellas y planetas es un gran evento.Es fascinante que pequeñas rocas microscópicas proporcionen pistas que podrían ayudar a explicar estos eventos.¿Responde este estudio a la pregunta sobre el origen del agua de la Tierra?
Proporciona evidencia de que la idea bien recibida de cómo llegó aquí el agua de la Tierra puede no estar tan arraigada como pensamos.Lo mismo ocurre con la comprensión de cómo se forman los planetas.
Otras líneas de investigación apoyan la idea de que el agua de la Tierra ya estaba aquí cuando se formaron los planetas.La relación D/H de la Tierra ha aumentado con el tiempo, lo que hace que la relación D/H del agua original de la Tierra sea más baja de lo que es hoy.Esto es consistente con los resultados de este nuevo estudio, que muestra que al menos una porción significativa del agua de la Tierra estuvo inicialmente aquí en lugar de ser transportada más tarde por cometas y planetas helados.
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