This is an authorized translation of an Eos article por Planeteando. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos por Planeteando
Para determinar cómo los elementos cruciales para el desarrollo de la vida llegaron a la Tierra, los científicos estudian los gases nobles. Actualmente, métodos mejorados traen consigo nuevos indicios a partir del criptón, el gas noble más enigmático.
Carolyn Wilke | 4 de mayo de 2022
Para poder albergar la vida, nuestro planeta necesitó algunos ingredientes claves: carbono, nitrógeno y agua. La información acerca de dónde y cómo estos elementos químicos cruciales se originaron no es muy clara. Para buscar indicios, investigadores recurren al estudio de los gases nobles, particularmente el neón, argón, criptón, y xenón, como indicadores.
Hoy en día, los avances en las técnicas experimentales han hecho más fácil distinguir a los muy poco usados isótopos de criptón en los gases atrapados en las rocas, lo que puede proveer nuevos indicios sobre el pasado de la Tierra y los otros planetas.
El pasado oculto de los planetas
Hace miles de millones de años, una nube turbulenta de polvo y gas empezó a formar nuestro sistema solar. De este huracán cósmico nacieron el Sol y los planetas.
Exactamente cómo los planetas rocosos (incluyendo a la Tierra) tomaron forma es aún un tema de discusión. En un escenario, los bloques de construcción planetarios denominados planetesimales atraparon piedritas en sus proximidades, y al mismo tiempo agarraron carbono, nitrógeno, agua y gases nobles, materiales que los científicos planetarios también llaman volátiles. En otro escenario, los planetas crecieron principalmente del choque de los planetesimales entre sí, la fuerza de la colisión produjo la fusión de las rocas y la expulsión de volátiles, que posteriormente se repusieron. O quizás los planetas lograron su circunferencia a partir de una mezcla de estos dos modelos. Los científicos planetarios generalmente están de acuerdo en que hubo un gran impacto final con una Tierra primitiva hace aproximadamente 4.5 mil millones de años que formó la Luna.
Para indagar el pasado de la Tierra, los investigadores examinan muestras del manto que contienen gases nobles, algunos de los cuales fueron incorporados durante la formación de la Tierra. Estas muestran incluyen basaltos que forman parte de las dorsales oceánicas y de erupciones volcánicas submarinas. Cuando la lava se enfría, formando estas rocas, atrapa gases provenientes del manto.
A diferencia de la materia orgánica, los gases nobles son elementos reticentes, evitando los procesos biológicos y reacciones químicas en la Tierra. Los investigadores pueden observar proporciones de ciertos isótopos de gases nobles que se han mantenido desde su llegada como indicadores de fuentes de volátiles, tales como cometas, meteoritos, la nebulosa solar y viento solar.
Los investigadores han realizado este tipo de trabajos por décadas, aunque “el criptón ha sido uno de los gases nobles menos utilizados,” dijo Michael Broadley, geoquímico isotópico de la Universidad de Lorraine en Francia, quien no estuvo involucrado en la nueva investigación. “Se han realizado muy pocos trabajos utilizando criptón para determinar el origen de los volátiles.”
De algún modo difíciles de rastrear,, los isótopos de criptón se presentan en cantidades bajas y son difíciles de separar de otros gases nobles. El nombre criptón significa críptico, comentó Sandrine Péron, una geoquímica del ETH Zürich en Suiza. “Así que está algo oculto…era difícil de detectar.”
El nombre criptón significa críptico… “Así que está algo oculto…era difícil de detectar.”
Tronando rocas
Perón, en ese entonces de la Universidad de California, Davis, y sus colegas crearon nuevas técnicas para mejorar el análisis de muestras con bajas cantidades de criptón.
Cuando “estás lidiando un poquito de roca con un bajo contenido de gas proveniente del manto, el principal problema será la contaminación del aire” dijo Greg Holland, geoquímico de la Universidad de Manchester del Reino Unido, quien no fue parte de esta nueva investigación. Los nobles gases de la atmósfera pueden cambiar las sutiles señales de los gases del manto.
Para evitar la contaminación del aire, el equipo de Perón trituró progresivamente rocas formadas en las erupciones debajo de glaciares en Islandia y bajo el océano en Galápagos. Mientras los científicos hacían estallar burbujas en los basaltos, iban monitoreando la contaminación atmosférica, la cual es fácilmente detectada a partir de la firma isotópica del neón. Cada vez que parecía que las muestras de gases estaban contaminadas, estas se desechaban. Al mantener el gas cuando la composición isotópica del neón estaba cercana a la del manto, los investigadores enriquecieron las muestras de criptón derivadas del manto antes del análisis. Además, al dividir el proceso que separa los gases nobles en dos pasos, el equipo mejoró la capacidad de poder aislar al criptón de los demás gases nobles.
Tener la capacidad de medir los isótopos de criptón con precisión es realmente útil, dijo Guillaume Avice, un científico planetario del Instituto de física de la Tierra de París en Francia, quien no estuvo involucrado en el nuevo estudio. “Es una nueva herramienta… que puedes usar para construir esta historia” de la formación de la Tierra, mencionó.
Una de las razones por las que los análisis de isótopos de criptón son útiles es debido a que las firmas isotópicas de distintas fuentes son fáciles de diferenciar. Perón y sus colegas observaron que las firmas de criptón en las muestras mantélicas están relacionadas principalmente con ciertos meteoritos que se cree que se incorporaron en la proto-Tierra casi al mismo tiempo que el impacto que formó la Luna. Y debido a que la firma isotópica del criptón del manto no coincide con la de la atmósfera, otra fuente debió de haber traído algunos de los volátiles presentes en la Tierra, informaron los autores el año pasado en Nature.
Con esta combinación de técnicas, Perón y sus colegas han obtenido la mejor percepción hasta ahora de la composición del manto profundo, dijo Broadley. El estudio también “ha abierto muchas preguntas, especialmente sobre la relación entre la Tierra y los registros de meteoritos.” Debido a que los isótopos de criptón más pesados no coincidían con la fuente meteórica, podrían requerirse otras fuentes para explicarlo, según informaron los autores. Reanalizar los meteoritos antiguos aplicando los nuevos métodos podría ayudar a explicar el desajuste, dijo Avice, así como la toma de muestras de más meteoritos.
La nueva investigación obtenido la mejor percepción hasta ahora de la composición del manto profundo
Más allá de la Tierra
Perón y sus colegas están analizando isótopos de criptón en meteoritos marcianos, los que podrían proveer información referente al origen de los volátiles de Marte, y sobre por qué la Tierra y Marte son tan diferentes en la actualidad.
Venus presenta otro misterio. Teniendo un tamaño similar y una proximidad cercana, la Tierra y Venus son como gemelas, dijo Broadley. Pero los científicos no saben cómo comparar su curso en la formación del planeta y su fuente de volátiles. La misión de DAVINCI+ de la NASA está programada para monitorear los gases nobles de Venus. Un entendimiento de los gases nobles en la atmósfera de Venus y una comparación con la Tierra nos brindaría una idea fundamental sobre por qué la Tierra se volvió habitable, mencionó.
Con cantidades pequeñas de isótopos de criptón, Perón mencionó que, nosotros podemos aprender más acerca de la evolución de la Tierra y el sistema solar.
Carolyn Wilke (@CarolynMWilke), Escritora de ciencia. Publicado el 4 de mayo de 2022
This translation was made possible by a partnership of Eos with Planeteando. Esta traducción fue posible gracias a un acuerdo entre Eos y Planeteando. Traducción por Claudia Isabel Sánchez Alva (@Clau_Sanchez48) y editado por Alejandra Gómez Correa (@Mokasaurus).
La imagen de portada muestra la visión de una artista que nos ofrece una visión de la formación de los planetas: Cerca de la estrella, las partículas de polvo se convierten en planetesimales y planetas similares a la Tierra. En la parte más lejana, el gas se acumula en los núcleos planetarios para la formación de gigantes similares a Júpiter. Crédito: NASA/FUSIBLE/Lynette Cook