El nitrógeno de la Tierra: su origen

Las firmas isotópicas del nitrógeno en los meteoritos de hierro revelan que la Tierra probablemente reunió su nitrógeno no solo de la región más allá de la órbita de Júpiter, sino también del polvo en el disco protoplanetario interno.

El nitrógeno es un elemento volátil que, como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, hacen posible la vida en la Tierra. Conocer su origen ofrece pistas no solo sobre cómo se formaron los planetas rocosos en la parte interna de nuestro sistema solar, sino también sobre la dinámica de los discos protoplanetarios lejanos.

El estudio realizado por el estudiante graduado de Rice y autor principal Damanveer Grewal, el miembro de la facultad de Rice Rajdeep Dasgupta y el geoquímico Bernard Marty en la Universidad de Lorena, Francia, aparece en Nature Astronomy.

Su trabajo ayuda a resolver un prolongado debate sobre el origen de los elementos volátiles esenciales para la vida en la Tierra y otros cuerpos rocosos del sistema solar.

"Los investigadores siempre han pensado que la parte interna del sistema solar, dentro de la órbita de Júpiter, estaba demasiado caliente para que el nitrógeno y otros elementos volátiles se condensaran como sólidos, lo que significa que los elementos volátiles en el disco interno estaban en fase gaseosa", dijo Grewal.

Debido a que las semillas de los planetas rocosos actuales, también conocidos como protoplanetas, crecieron en el disco interno mediante la acumulación de polvo de origen local, dijo que parecía que no contenían nitrógeno u otros volátiles, lo que requería su entrega desde el sistema solar exterior. Un estudio anterior del equipo sugirió que gran parte de este material rico en volátiles llegó a la Tierra a través de la colisión que formó la luna.

En los últimos años, los científicos han analizado elementos no volátiles en meteoritos, incluidos meteoritos de hierro que ocasionalmente caen a la Tierra, para mostrar que el polvo en el sistema solar interior y exterior tenía composiciones isotópicas completamente diferentes.

"Esta idea de reservorios separados solo se había desarrollado para elementos no volátiles", dijo Grewal. "Queríamos ver si esto también es cierto para los elementos volátiles. Si es así, se puede usar para determinar de qué depósito provienen los volátiles en los planetas rocosos actuales".

Los meteoritos de hierro son restos de los núcleos de los protoplanetas que se formaron al mismo tiempo que las semillas de los planetas rocosos actuales, convirtiéndose en el comodín que utilizaron los autores para probar su hipótesis.

Los investigadores encontraron una firma isotópica de nitrógeno distinta en el polvo que bañó los protoplanetas internos dentro de unos 300.000 años después de la formación del sistema solar. Todos los meteoritos de hierro del disco interior contenían una concentración más baja del isótopo nitrógeno-15, mientras que los del disco exterior eran ricos en nitrógeno-15.

"Nuestro trabajo cambia por completo la narrativa actual", dijo Grewal. "Demostramos que los elementos volátiles estaban presentes en el polvo del disco interno, probablemente en forma de materia orgánica refractaria, desde el principio. Esto significa que, contrariamente a la comprensión actual, las semillas de los planetas rocosos actuales, incluida la Tierra, fueron no libre de volátiles ".

Dasgupta dijo que el hallazgo es importante para quienes estudian la habitabilidad potencial de los exoplanetas, un tema de gran interés para él como investigador principal de CLEVER Planets, un proyecto de colaboración financiado por la NASA que explora cómo los elementos esenciales para la vida podrían unirse en exoplanetas distantes.

"Al menos para nuestro propio planeta, ahora sabemos que todo el presupuesto de nitrógeno no proviene solo de los materiales del sistema solar exterior", dijo Dasgupta, profesor de Ciencias de la Tierra, Medio Ambiente y Planetarias Maurice Ewing de Rice.

"Incluso si otros discos protoplanetarios no tienen el tipo de migración de planetas gigantes que resulta en la infiltración de materiales ricos en volátiles de las zonas externas, sus planetas rocosos internos más cercanos a la estrella aún podrían adquirir volátiles de sus zonas vecinas", dijo. .

Una subvención FINESST de la NASA, una subvención de la Dirección de Misión Científica de la NASA para apoyar a CLEVER Planets, el Consejo Europeo de Investigación y la Beca Lodieska Stockbridge Vaughan en Rice apoyaron la investigación.

Referencia

A very early origin of isotopically distinct nitrogen in inner Solar System protoplanets.
Damanveer S. Grewal, Rajdeep Dasgupta & Bernard Marty
Nature Astronomy (2021)
https://www.nature.com/article...