La Tierra y Marte apenas se formaron con material más allá de Júpiter

La Tierra y Marte se formaron a partir de material que se originó en gran parte en el sistema solar interior; sólo un pequeño porcentaje se originó más allá de la órbita de Júpiter.

Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad de Münster (Alemania) informa estos hallazgos en la revista Science Advances. Presentan la comparación más completa hasta la fecha de la composición isotópica de la Tierra, Marte y el material de construcción prístino del sistema solar interior y exterior.

Algo de este material todavía se encuentra hoy en gran parte inalterado en meteoritos. Los resultados del estudio tienen consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del proceso que formó los planetas Mercurio, Venus, Tierra y Marte. La teoría que postula que los cuatro planetas rocosos crecieron hasta su tamaño actual mediante la acumulación de guijarros de polvo de tamaño milimétrico del sistema solar exterior no es sostenible, según los autores.

Hace aproximadamente 4,600 millones de años, en los primeros días de nuestro sistema solar, un disco de polvo y gases orbitaba al joven sol. Dos teorías describen cómo, en el transcurso de millones de años, los planetas rocosos internos se formaron a partir de este material de construcción original.

Según la teoría más antigua, el polvo en el sistema solar interior se aglomeraba en trozos cada vez más grandes que alcanzaban gradualmente aproximadamente el tamaño de nuestra luna.

 Las colisiones de estos embriones planetarios finalmente produjeron los planetas interiores Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Sin embargo, una teoría más nueva prefiere un proceso de crecimiento diferente: «guijarros» de polvo de tamaño milimétrico migraron desde el sistema solar exterior hacia el sol. En su camino, se acumularon en los embriones planetarios del sistema solar interior y, paso a paso, los ampliaron a su tamaño actual.

Ambas teorías se basan en modelos teóricos y simulaciones informáticas destinadas a reconstruir las condiciones y la dinámica del sistema solar primitivo; ambos describen un posible camino de formación planetaria. ¿Pero cuál es el correcto? ¿Qué proceso tuvo lugar realmente?

Para responder a estas preguntas en su estudio actual, el equipo del nuevo estudio determinó la composición exacta de los planetas rocosos Tierra y Marte. «Queríamos averiguar si los componentes básicos de la Tierra y Marte se originaron en el sistema solar exterior o interior», dice en un comunicado el Dr. Christoph Burkhardt de la Universidad de Münster, primer autor del estudio.

Con este fin, los isótopos de los metales raros titanio, circonio y molibdeno que se encuentran en diminutas trazas en las capas externas ricas en silicato de ambos planetas proporcionan pistas cruciales. Los isótopos son diferentes variedades del mismo elemento, que difieren solo en el peso de su núcleo atómico.

Los científicos asumen que en el sistema solar temprano estos y otros isótopos metálicos no estaban distribuidos de manera uniforme. Más bien, su abundancia dependía de la distancia del sol. Por lo tanto, contienen información valiosa sobre dónde se originaron los componentes básicos de un determinado cuerpo en el sistema solar temprano.

Como referencia para el inventario isotópico original del sistema solar exterior e interior, los investigadores utilizaron dos tipos de meteoritos. Estos trozos de roca generalmente llegaron a la Tierra desde el cinturón de asteroides, la región entre las órbitas de Marte y Júpiter. Se considera que son material en gran parte prístino desde los inicios del sistema solar.

Mientras que las llamadas condritas carbonáceas, que pueden contener hasta un pequeño porcentaje de carbono, se originaron más allá de la órbita de Júpiter y solo más tarde se trasladaron al cinturón de asteroides debido a la influencia de los crecientes gigantes gaseosos, sus primos más empobrecidos en carbono, las condritas no carbonáceas, son verdaderos hijos del sistema solar interior.

La composición isotópica precisa de las capas de rocas exteriores accesibles de la Tierra y la de ambos tipos de meteoritos se ha estudiado durante algún tiempo; sin embargo, no ha habido análisis comparables completos de rocas marcianas. En su estudio actual, los investigadores examinaron muestras de un total de 17 meteoritos marcianos, que pueden asignarse a seis tipos típicos de rocas marcianas. Además, los científicos investigaron por primera vez la abundancia de tres isótopos metálicos diferentes.

Las muestras de meteoritos marcianos se pulverizaron primero y se sometieron a un pretratamiento químico complejo. Usando un espectrómetro de masas de plasma multicollector en el Instituto de Planetología de la Universidad de Münster, los investigadores pudieron detectar pequeñas cantidades de isótopos de titanio, circonio y molibdeno. Luego realizaron simulaciones por computadora para calcular la proporción en la que el material de construcción que se encuentra hoy en día en las condritas carbonáceas y no carbonáceas debe haberse incorporado en la Tierra y Marte para reproducir sus composiciones medidas.

Al hacerlo, consideraron dos fases diferentes de acreción para explicar la historia diferente de los isótopos de titanio y circonio, así como de los isótopos de molibdeno, respectivamente. A diferencia del titanio y el circonio, el molibdeno se acumula principalmente en el núcleo planetario metálico.

Por lo tanto, las pequeñas cantidades que todavía se encuentran hoy en las capas externas ricas en silicatos solo se pueden haber agregado durante la última fase del crecimiento del planeta.

Los resultados de los investigadores muestran que las capas de rocas exteriores de la Tierra y Marte tienen poco en común con las condritas carbonáceas del sistema solar exterior. Representan solo alrededor del cuatro por ciento de los bloques de construcción originales de ambos planetas.

«Si la Tierra y Marte primitivos hubieran acumulado principalmente granos de polvo del sistema solar exterior, este valor debería ser casi diez veces mayor», dice el Prof. Dr. Thorsten Kleine de la Universidad de Münster, quien también es director del Instituto Max Planck para Investigación del sistema solar en Göttingen. «Por tanto, no podemos confirmar esta teoría de la formación de los planetas interiores», añade.

Pero la composición de la Tierra y Marte tampoco coincide exactamente con el material de las condritas no carbonáceas. Las simulaciones por computadora sugieren que otro tipo diferente de material de construcción también debe haber estado en juego.

«La composición isotópica de este tercer tipo de material de construcción según lo inferido por nuestras simulaciones por computadora implica que debe haberse originado en la región más interna del sistema solar», explica Christoph Burkhardt. Dado que los cuerpos tan cercanos al sol casi nunca se dispersaron en el cinturón de asteroides, este material fue absorbido casi por completo en los planetas internos y, por lo tanto, no se encuentra en los meteoritos. «Es, por así decirlo, ‘material de construcción perdido’ al que ya no tenemos acceso directo hoy», dice Thorsten Kleine.

El sorprendente hallazgo no cambia las consecuencias del estudio para la teoría de la formación de planetas. «El hecho de que la Tierra y Marte aparentemente contengan principalmente material del sistema solar interior encaja bien con la formación de planetas a partir de las colisiones de grandes cuerpos en el sistema solar interior», concluye Christoph Burkhardt.