Há indicação clara de que há néon nebular no manto profundo da Terra e que ela tenha se formado de forma relativamente rápida.

Além de resolver as origens da Terra, o trabalho, publicado na Revista Nature, pode ajudar na identificação de sistemas extrasolares que poderiam dar suporte a planetas habitáveis.

Arte de domínio público

Com base nos dados das profundezas da Terra ao espaço profundo, o professor Sujoy Mukhopadhyay  e o pesquisador pós-doutorado Curtis Williams usaram isótopos de neon para mostrar como o planeta se formou.

"Estamos tentando entender onde e como o neon no manto da Terra foi adquirido, o que nos diz a rapidez com que o planeta se formou e em que condições", disse Williams.

"O neon mantém uma memória de onde veio, mesmo depois de quatro bilhões e meio de anos", disse Mukhopadhyay.

Há três ideias concorrentes sobre como a Terra se formou a partir de um disco protoplanetário de poeira e gás, há mais de quatro bilhões de anos, e como a água e outros gases foram entregues à Terra em crescimento. 

Na primeira, o planeta cresceu relativamente rápido ao longo de dois a cinco milhões de anos e capturou gás da nebulosa, a nuvem rodopiante de poeira e gás ao redor do jovem Sol. 

A segunda teoria sugere que partículas de poeira se formaram e foram irradiadas pelo Sol por algum tempo antes de se condensarem em objetos em miniatura chamados planetesimais que foram subsequentemente entregues ao planeta em crescimento. 

Na terceira opção, a Terra se formou de forma relativamente lenta e os gases foram liberados por meteoritos de condrita carbonosa, ricos em água, carbono e nitrogênio.

Esses modelos diferentes têm consequências para o que a Terra primitiva era, disse Mukhopadhyay. Se a Terra se formasse rapidamente para fora da nebulosa solar, ela teria muito hidrogênio na superfície ou perto dela. Mas se a Terra fosse formada a partir de condritos carbonosos, seu hidrogênio teria vindo na forma mais oxidada, a água.

Neon do fundo do oceano ao espaço profundo

Para descobrir qual das três idéias concorrentes sobre a formação do planeta e a entrega de gases estavam corretas, Williams e Mukhopadhyay mediram com precisão as proporções de isótopos de neon que ficaram presos no manto da Terra quando o planeta se formou. Neon tem três isótopos, neon-20, 21 e 22. Todos os três são estáveis ​​e não radioativos, mas neon-21 é formado por decaimento radioativo do urânio. Assim, as quantidades de neon-20 e 22 na Terra foram estáveis ​​desde que o planeta se formou e permanecerá assim para sempre, mas o neon-21 se acumula lentamente com o tempo. Os três cenários para a formação da Terra estão previstos para ter diferentes proporções de neon-20 para neon-22.

O mais perto que conseguiram chegar ao manto foi das rochas chamadas basaltos de travesseiros no fundo do oceano. Essas rochas vítreas são os restos de fluxos das profundezas da Terra que se derramaram e se resfriaram no oceano, depois de serem coletados por uma expedição de perfuração liderada pela Universidade de Rhode Island, que disponibiliza sua coleção para outros cientistas.

Os gases são encontrados em pequenas bolhas no interior do basalto. Usando uma prensa, Williams quebrou os chips de basalto em uma câmara selada, permitindo que os gases fluíssem para um espectrômetro de massa sensível.

Agora para a parte espacial. 

Pesquisadores anteriores haviam estabelecido a relação de isótopos de néon para o modelo "nebulosa solar" (formação rápida inicial) com dados da missão Genesis, que capturou partículas do vento solar. Os dados para o modelo de "partículas irradiadas" vieram de análises de solos lunares e de meteoritos. Finalmente, os meteoritos de condrito carbonoso forneceram dados para o modelo de "acreção tardia".

Tamanho mínimo para um planeta habitável

As razões de isótopos que eles encontraram foram bem superiores àquelas dos modelos de "partículas irradiadas" ou "de acreção tardia", disse Williams, e apoiam a rápida formação inicial.

"Esta é uma indicação clara de que há néon nebular no manto profundo", disse Williams.

Neon, lembre-se, é um marcador para esses outros compostos voláteis. O hidrogênio, a água, o dióxido de carbono e o nitrogênio estariam condensando-se na Terra ao mesmo tempo - todos os ingredientes que, até onde sabemos, vão para a formação de um planeta habitável.

Os resultados implicam que, para absorver esses compostos vitais, um planeta deve atingir um certo tamanho - o tamanho de Marte ou um pouco maior - antes que a nebulosa solar se dissipe. Observações de outros sistemas solares mostram que isso leva de dois a três milhões de anos, disse Williams.

O mesmo processo acontece em torno de outras estrelas? Observações do Atacama Large Millimeter Array, ou ALMA, observatório no Chile sugerem que sim, disseram os pesquisadores.

O ALMA utiliza um conjunto de 66 radiotelescópios que funcionam como um único instrumento para gerar imagens de poeira e gás no universo. Ele pode ver os discos formadores de poeira e gás em torno de algumas estrelas próximas. Em alguns casos, há bandas escuras nesses discos onde o pó foi esgotado.

"Há algumas maneiras de se esgotar a poeira do disco, e uma delas é que elas estão formando planetas", disse Williams.

"Podemos observar a formação de planetas em um disco de gás em outros sistemas solares, e há um registro semelhante de nosso próprio sistema solar preservado no interior da Terra", disse Mukhopadhyay. "Esta pode ser uma forma comum de planetas se formarem em outro lugar."

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Fonte: Nature (2018). DOI: 10.1038 / s41586-018-0771-1

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