El criptón permitió revelar cómo se formó la Tierra


El criptón del manto de la Tierra, recolectado de puntos calientes geológicos en Islandia y las Islas Galápagos, revela una imagen más clara de cómo se formó nuestro planeta, según una nueva investigación de la Universidad de California en Davis.

Impresión artística de los planetas que se forman alrededor de una estrella joven. Nuevas mediciones muy precisas de isótopos de criptón de las profundidades de la Tierra muestran que el agua, el carbono y otros materiales volátiles se incorporaron a la Tierra antes de lo que se pensaba. Crédito: Observatorio Europeo Austral

Los diferentes isótopos de criptón son huellas químicas para los científicos que investigan los ingredientes que hicieron la Tierra, como las partículas del viento solar y los meteoritos del sistema solar interior y exterior. Los hallazgos indican que los elementos volátiles de la Tierra, esenciales como el carbono, el agua y el nitrógeno, llegaron a medida que la Tierra crecía y se convertía en planeta. Esto contradice la teoría popular de que los elementos volátiles de la Tierra se entregaron principalmente cerca del final de la formación de la Tierra, que está marcada por el impacto gigante que forma la luna. En cambio, los isótopos de criptón sugieren que planetesimales del frío sistema solar exterior bombardearon la Tierra desde el principio, millones de años antes de la gran crisis. La Tierra joven también aspiró el polvo y el gas de la nebulosa solar (la nube que rodea al sol) y fue bombardeada por meteoritos.

«Nuestros resultados requieren la entrega simultánea de volátiles de múltiples fuentes muy temprano en la formación de la Tierra», dijo Sandrine Péron, autora principal del estudio. Péron, actualmente becario de acciones Marie Skłodowska-Curie en ETH Zürich en Suiza, realizó la investigación en UC Davis como becario postdoctoral trabajando con el profesor Sujoy Mukhopadhyay en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias.

«Este estudio proporciona pistas sobre las fuentes y el momento de la acumulación de volátiles en la Tierra, y ayudará a los investigadores a comprender mejor cómo se formó no solo la Tierra, sino también otros planetas del sistema solar y alrededor de otras estrellas», dijo Péron. El estudio aparece en la edición del 15 de diciembre de la revista Nature.

Geoquímica primordial

Los puntos calientes volcánicos que arrojan lava en Islandia y las Galápagos son alimentados por columnas de magma fangosas que se elevan desde la capa más profunda del manto, cerca de su límite con el núcleo de hierro de la Tierra. Los elementos y minerales de esta capa profunda no han cambiado relativamente desde antes del impacto de la formación de la luna, como una cápsula del tiempo de la química de la Tierra primitiva con más de 4.400 millones de años.

El laboratorio de Mukhopadhyay se especializa en realizar mediciones precisas de gases nobles en rocas de la Tierra y otros lugares. Para tomar muestras de criptón del manto profundo, los investigadores recolectaron lava en columnas de puntos calientes. Los antiguos gases suben a la superficie en la lava en erupción, quedando atrapados y sepultados como burbujas en una matriz vítrea cuando la lava se enfría hasta convertirse en un sólido, proporcionando cierta protección contra la contaminación exterior. Sin embargo, incluso los isótopos de criptón más abundantes en estas burbujas ascienden a solo unos pocos cientos de millones de átomos, lo que dificulta su detección, dijo Mukhopadhyay.

Péron diseñó una nueva técnica para medir el criptón del manto con espectrometría de masas, concentrando el criptón de muestras de rocas en un entorno prácticamente libre de contaminación del aire y separándolo cuidadosamente del argón y el xenón.

«El nuestro es el primer estudio que mide con precisión todos los isótopos de criptón para el manto, incluidos los isótopos de criptón más raros, Kr-78 y Kr-80», dijo.

Construyendo un planeta

Los investigadores descubrieron que la huella química del criptón del manto profundo se parecía mucho a los meteoritos primitivos ricos en carbono, que pueden haber sido liberados de los confines exteriores fríos del sistema solar. Pero trabajos anteriores de Mukhopadhyay y otros encontraron que el neón, otro gas noble en el manto profundo, se deriva del sol. Los dos resultados diferentes sugieren al menos dos fuentes volátiles distintas para el manto de la Tierra, entregadas muy temprano en su historia. Los investigadores también notaron menos del raro isótopo Kr-86 en el manto profundo en comparación con los meteoritos conocidos. El déficit de Kr-86 sugiere que los meteoritos conocidos por sí solos pueden no dar cuenta de todo el criptón del manto.

Finalmente, los nuevos resultados también tienen implicaciones sobre cómo surgió la atmósfera de la Tierra. La proporción de diferentes isótopos de criptón en el manto profundo no coincide con la proporción de isótopos en la atmósfera de la Tierra, encontraron los investigadores. Esto significa que algunos gases en la atmósfera, incluidos gases nobles como el criptón, se enviaron a la Tierra después del impacto de la formación de la luna. De lo contrario, el manto y la atmósfera de la Tierra tendrían la misma composición isotópica debido al equilibrio isotópico después del impacto, dijo Péron.

Los coautores del estudio incluyen a Mark Kurz, del Instituto Oceanográfico Woods Hole en Woods Hole, Massachusetts; y David Graham, Universidad Estatal de Oregon en Corvallis, Oregon.

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