Nueva teoría del origen del agua en la Tierra: los meteoritos primigenios que formaron el planeta ya contenían agua

Cuando nuestro Sol era una estrella joven, hace 4.560 millones de años, lo que hoy es nuestro sistema solar era sólo un disco de polvo y gas rocoso. Durante decenas de millones de años, diminutos guijarros de polvo se fusionaron, como una bola de nieve que se hacía cada vez más grande, para convertirse en "planetesimales" de tamaño kilométrico: los componentes básicos de la Tierra y los demás planetas interiores.

Los planetesimales y el agua

Los investigadores llevan mucho tiempo intentando comprender los entornos antiguos en los que se formaron estos planetesimales. Por ejemplo, el agua es ahora abundante en la Tierra, pero ¿lo ha sido siempre? En otras palabras, ¿contenían agua los planetesimales que se acumularon en nuestro planeta?

Ahora, un nuevo estudio combina datos de meteoritos con modelos termodinámicos y determina que los primeros planetesimales del sistema solar interior debieron formarse en presencia de agua, desafiando los modelos astrofísicos actuales del sistema solar primitivo.

La investigación se llevó a cabo en el laboratorio de Paul Asimow, profesor de geología y geoquímica Eleanor y John R. McMillan y aparece en la revista Nature Astronomy.

Los investigadores disponen de muestras de los primeros años del sistema solar en forma de meteoritos de hierro. Estos meteoritos son los restos de los núcleos metálicos de los primeros planetesimales de nuestro sistema solar que evitaron acrecentarse en un planeta en formación y, en cambio, orbitaron alrededor del sistema solar antes de finalmente caer sobre nuestro planeta.

Las composiciones químicas de meteoritos como estos pueden revelar información sobre los entornos en los que se formaron y responder preguntas como si los componentes básicos de la Tierra se formaron lejos de nuestro Sol, donde las temperaturas más frías permitieron la existencia de hielo de agua, o si en cambio se formaron más cerca del Sol, donde el calor habría evaporado el agua y dado como resultado planetesimales secos. Si esto último es correcto, entonces la Tierra se habría formado en seco y habría obtenido agua mediante algún otro método más adelante en su evolución.

Aunque los meteoritos en sí no contienen agua, los científicos pueden inferir su presencia perdida hace mucho tiempo examinando su impacto sobre otros elementos químicos.

El agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. En presencia de otros elementos, el agua a menudo transfiere su átomo de oxígeno en un proceso llamado oxidación. Por ejemplo, el hierro metálico (Fe) reacciona con el agua (H2O) para formar óxido de hierro (FeO). Un exceso suficiente de agua puede acelerar el proceso, produciendo Fe2O3 y FeO(OH), los ingredientes del óxido. Marte, por ejemplo, está cubierto de óxido de hierro oxidado, lo que proporciona una fuerte evidencia de que el Planeta Rojo alguna vez tuvo agua.

Damanveer Grewal, ex becario postdoctoral de Caltech y primer autor del nuevo estudio, se especializa en el uso de firmas químicas de meteoritos de hierro para recopilar información sobre el sistema solar primitivo. Aunque hace mucho que desapareció el óxido de hierro de los primeros planetesimales, el equipo pudo determinar cuánto hierro se habría oxidado examinando los contenidos de níquel metálico, cobalto y hierro de estos meteoritos. Estos tres elementos deberían estar presentes en proporciones aproximadamente iguales en relación con otros materiales primitivos, por lo que si "faltara" algo de hierro, esto implicaría que el hierro se había oxidado.

"Los meteoritos de hierro han sido algo desatendidos por la comunidad de formación de planetas, pero constituyen ricos depósitos de información sobre el período más temprano de la historia del sistema solar, una vez que se descubre cómo leer las señales", dice Asimow. "La diferencia entre lo que medimos en los meteoritos del interior del sistema solar y lo que esperábamos implica una actividad de oxígeno aproximadamente 10.000 veces mayor".

Los investigadores descubrieron que los meteoritos de hierro que se pensaba derivaban del sistema solar interior tenían aproximadamente la misma cantidad de hierro metálico faltante que los meteoritos derivados del sistema solar exterior. Para que este sea el caso, los planetesimales de ambos grupos de meteoritos deben haberse formado en una parte del sistema solar donde había agua, lo que implica que los componentes básicos de los planetas acumularon agua desde el principio.

Las firmas de agua en estos planetesimales desafían muchos de los modelos astrofísicos actuales del sistema solar. Si los planetesimales se formaran en la posición orbital actual de la Tierra, el agua habría existido sólo si el sistema solar interior fuera mucho más frío de lo que predicen los modelos actuales. Alternativamente, es posible que se hayan formado más lejos, donde hacía más frío, y hayan migrado hacia adentro.

"Si el agua estuvo presente en los primeros componentes básicos de nuestro planeta, es probable que también estuvieran presentes otros elementos importantes como el carbono y el nitrógeno", dice Grewal. "Los ingredientes para la vida pueden haber estado presentes desde el principio en las semillas de los planetas rocosos".

"Sin embargo, el método sólo detecta el agua que se utilizó para oxidar el hierro", añade Asimow. "No es sensible al exceso de agua que podría formar el océano. Por lo tanto, las conclusiones de este estudio son consistentes con los modelos de acreción de la Tierra que exigen la adición tardía de aún más material rico en agua".

Referencia

Grewal, D.S., Nie, N.X., Zhang, B. et al. Accretion of the earliest inner Solar System planetesimals beyond the water snowline. Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-023-02172-w