Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y otras instituciones han hecho un descubrimiento sin precedentes: han hallado restos extremadamente raros de lo que se conoce como “proto Tierra”, una formación que data de hace aproximadamente 4.5 mil millones de años. Este periodo se sitúa antes de que un colosal impacto transformara irreversiblemente la composición del planeta primitivo, dando lugar a la Tierra tal como la conocemos hoy. Los resultados de esta investigación, publicados en la revista Nature Geosciences, prometen ofrecer nuevas pistas sobre los ingredientes primordiales que forjaron la Tierra temprana y otros cuerpos celestes del sistema solar.
En sus inicios, el sistema solar era un disco en rotación compuesto de gas y polvo, el cual eventualmente se agrupó para formar los primeros meteoritos. Estos meteoritos, a su vez, se fusionaron para dar origen a la proto Tierra y a sus planetas vecinos.
Un impacto devastador
Durante esta fase temprana, la Tierra probablemente era un mundo rocoso cubierto de lava. Sin embargo, menos de 100 millones de años después, un meteorito del tamaño de Marte chocó contra el joven planeta en un evento conocido como “impacto gigante”, que alteró por completo y fundió el interior del planeta, reiniciando efectivamente su química. Se pensaba que cualquier material original del que estaba compuesta la proto Tierra había sido completamente transformado.
No obstante, las conclusiones del equipo del MIT sugieren lo contrario. Los investigadores han identificado una firma química en rocas antiguas que es única en comparación con la mayoría de los materiales encontrados actualmente en la Tierra. Esta firma se manifiesta como un sutil desequilibrio en los isótopos de potasio hallados en muestras de rocas muy viejas y profundas. El equipo determinó que este desequilibrio no podría haber sido producido por impactos grandes previos o procesos geológicos actuales en nuestro planeta.
La evidencia preservada
La explicación más probable para la composición química de estas muestras es que son material residual de la proto Tierra que ha permanecido inalterado, a pesar de las numerosas transformaciones sufridas por el resto del planeta durante su formación.
“Este puede ser el primer indicio directo de que hemos conservado materiales de la proto Tierra”, afirma Nicole Nie, profesora asistente de Ciencias Terrestres y Planetarias en el MIT. “Estamos viendo un fragmento de la Tierra muy antigua, incluso antes del impacto gigante. Esto es asombroso porque esperaríamos que esta firma tan temprana fuera borrándose lentamente a través de la evolución terrestre.”
Entre los coautores del estudio se encuentran Da Wang, de la Universidad de Tecnología de Chengdu en China; Steven Shirey y Richard Carlson, del Carnegie Institution for Science en Washington; Bradley Peters, del ETH Zürich en Suiza; y James Day, del Scripps Institution of Oceanography en California.
Anomalías intrigantes
En 2023, Nie y su equipo analizaron numerosos meteoritos recolectados en diferentes partes del mundo, estudiando cuidadosamente sus características químicas. Antes de impactar con la Tierra, estos meteoritos probablemente se formaron en distintos momentos y lugares dentro del sistema solar, reflejando así las cambiantes condiciones a lo largo del tiempo. Al comparar las composiciones químicas de estos meteoritos con las encontradas en nuestro planeta, identificaron entre ellos una “anomalía isotópica” relacionada con el potasio.
Los isótopos son versiones ligeramente diferentes de un elemento que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. El potasio puede existir en tres isótopos naturales: potasio-39, potasio-40 y potasio-41. En cualquier lugar donde se haya encontrado potasio en la Tierra, este elemento presenta una combinación característica de isótopos, siendo predominantes el potasio-39 y el potasio-41. El potasio-40 está presente pero en una proporción insignificante comparada con los otros dos.
Investigación profunda
Nie y su equipo descubrieron que los meteoritos analizados mostraban balances isotópicos diferentes a los materiales terrestres comunes. Esta anomalía isotópica sugiere que cualquier material con un desequilibrio similar probablemente precede a la composición actual de la Tierra; es decir, cualquier anomalía sería una fuerte indicación de material proveniente de la proto Tierra.
“En ese trabajo encontramos que diferentes meteoritos tienen distintas firmas isotópicas de potasio, lo cual significa que este elemento puede ser utilizado como un rastreador de los bloques constructores de la Tierra”, explica Nie.
Búsqueda dentro del planeta
En este estudio reciente, el equipo buscó signos de anomalías isotópicas no solo en meteoritos sino también dentro del propio planeta. Las muestras incluyen rocas pulverizadas provenientes de Groenlandia y Canadá —donde se encuentran algunas rocas preservadas más antiguas— así como depósitos volcánicos recogidos en Hawái, donde los volcanes han traído a superficie algunos materiales profundos y antiguos provenientes del manto terrestre.
“Si esta firma isotópica del potasio está preservada, querríamos buscarla tanto en tiempos antiguos como dentro del interior profundo terrestre”, señala Nie.
Aislamiento e identificación
El equipo disolvió las diversas muestras pulverizadas en ácido para aislar cuidadosamente el potasio y utilizó un espectrómetro de masas especial para medir las proporciones entre los tres isótopos presentes. Sorprendentemente, identificaron una firma isotópica distinta a lo encontrado comúnmente en otros materiales terrestres.
Específicamente, detectaron un déficit significativo del isótopo potasio-40. En materiales típicos encontrados hoy día en nuestra planeta este isótopo ya representa una fracción mínima comparada con los otros dos; sin embargo, sus muestras contenían aún menor porcentaje. Detectar este pequeño déficit es comparable a encontrar un solo grano pequeño entre una gran cantidad homogénea.
Pistas hacia el pasado
A medida que avanzaba su investigación sobre si estas muestras podrían ser remanentes raros dela proto Tierra, los investigadores razonaron sobre su posible origen químico inicial. Supusieron que si realmente estaban compuestas por materiales deficientes en potasio-40 desde su formación original, entonces gran parte habría sufrido cambios químicos debido al impacto gigante y posteriores colisiones menores.
Finalmente realizaron simulaciones basadas en datos composicionales disponibles sobre todos los meteoritos conocidos para predecir cómo cambiaría dicho déficit tras esos impactos y procesos geológicos experimentados por nuestro planeta a lo largo del tiempo.
Nuevas perspectivas
Los resultados sugieren fuertemente que estos materiales con déficit isotópico son probablemente residuos originales procedentes dela proto Tierra.
No obstante resulta curioso notar que esta firma no coincide exactamente con ninguna otra muestra conocida entre las colecciones geológicas existentes. Aunque algunos meteoritos analizados previamente mostraron anomalías similares respecto al potasio, no presentan exactamente el mismo déficit observado aquí; esto indica que aún no hemos descubierto aquellos meteoritos o materiales específicos responsables por la formación inicial dela proto Tierra.
“Los científicos han estado tratando durante años entender cuál fue la composición química original dela Tierra combinando datos sobre diferentes grupos meteóricos”, concluye Nie. “Sin embargo nuestro estudio demuestra que el inventario actual meteórico está incompleto y hay mucho más por aprender sobre nuestros orígenes planetarios.”
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