Crédito: Instituto de Tecnologia da Califórnia
Um novo estudo da Caltech mostra que impactos gigantes podem reduzir drasticamente a pressão interna dos planetas, uma descoberta que pode mudar significativamente o atual modelo de formação planetária.
Os impactos, como o que se acredita ter causado a formação da lua na Terra há cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, poderiam causar flutuações aleatórias nas pressões do núcleo e do manto, o que explicaria algumas assinaturas geoquímicas intrigantes no manto da Terra.
"Estudos anteriores assumiram incorretamente que a pressão interna de um planeta é simplesmente uma função da massa do planeta e, portanto, aumenta continuamente à medida que o planeta cresce. O que mostramos é que a pressão pode mudar temporariamente após um grande impacto, seguida por um aumento da pressão a longo prazo à medida que o corpo pós-impacto se recupera. Essa descoberta tem implicações importantes na estrutura química do planeta e na evolução subsequente ", diz Simon Lock, pesquisador de pós-doutorado da Caltech e principal autor de um artigo explicando o novo modelo que foi desenvolvido. publicado pela Science Advances em 4 de setembro.
Lock foi o autor do artigo com a colega Sarah Stewart (Ph.D. '02), professora de ciências planetárias da Universidade da Califórnia, Davis, um bolsista MacArthur 2018 e aluna da Divisão de Ciências Geológicas e Planetárias da Caltech.
Os sistemas planetários geralmente começam como um disco de poeira que lentamente se acumula em corpos rochosos. O final do estágio principal deste processo é caracterizado por colisões de alta energia entre corpos do tamanho de planetas, à medida que se fundem para formar os planetas finais .
A energia de choque desses impactos pode vaporizar partes significativas de um planeta e até, como se pensa ter acontecido com o impacto que formou a lua, transformar temporariamente os dois corpos em colisão em uma rosca rotativa de material planetário conhecida como "sinestia". que mais tarde se resfria em um ou mais corpos esféricos.
Lock e Stewart usaram modelos computacionais de impactos gigantes e estruturas planetárias para simular colisões que formaram corpos com massas entre 0,9 e 1,1 massas terrestres e descobriram que, imediatamente após uma colisão, suas pressões internas eram muito menores do que se esperava. Eles descobriram que a diminuição da pressão se devia a uma combinação de fatores: a rotação rápida conferida pela colisão, que gerava uma força centrífuga que agia contra a gravidade, empurrando o material para longe do eixo de rotação; e a baixa densidade do corpo quente parcialmente vaporizado.
"Não temos observações diretas do crescimento de planetas parecidos com a Terra. Acontece que as propriedades físicas de um planeta podem variar bastante durante seu crescimento por colisões. Nossa nova visão da formação de planetas é muito mais variável e energética do que os modelos anteriores. abre a porta para novas explicações de dados anteriores ", diz Stewart.
O resultado final é que grandes impactos podem diminuir significativamente a pressão interna de um planeta. A pressão logo após um impacto como o que se pensa ter formado a lua poderia ter sido metade da pressão da Terra atual.
Se for verdade, a descoberta pode ajudar a reconciliar uma contradição de longa data entre a geoquímica do manto da Terra e os modelos físicos de formação de planetas.
À medida que a proto-Terra crescia, cada objeto que colidia com ela entregava metal ao manto. Após cada impacto, o metal absorveu pequenas quantidades de outros elementos do manto e afundou no núcleo - arrastando esses elementos com ele. A quantidade de cada elemento que se dissolveu no metal foi determinada, em parte, pelas pressões internas da Terra. Como tal, a composição química do manto hoje registra a pressão do manto durante a formação do planeta.
Estudos sobre os metais no manto da terra hoje indicam que esse processo de absorção ocorreu sob pressões encontradas no meio do manto hoje. No entanto, modelos de impacto gigantes mostram que esses impactos derretem a maior parte do manto e, portanto, o manto deve ter registrado uma pressão muito maior - equivalente ao que vemos agora logo acima do núcleo. Essa anomalia entre a observação geoquímica e os modelos físicos é uma que os cientistas há muito procuram explicar.
Ao mostrar que as pressões após impactos gigantes foram menores do que se pensava anteriormente, Lock e Stewart podem ter encontrado o mecanismo físico para resolver esse enigma.
Em seguida, Lock e Stewart planejam usar seus resultados para calcular como as mudanças estocásticas na pressão durante a formação afetam a estrutura química dos planetas. Lock diz que eles também continuarão estudando como os planetas se recuperam de traumas de impactos gigantes. "Mostramos que as pressões nos planetas podem aumentar drasticamente à medida que um planeta se recupera, mas que efeito isso tem sobre como o manto se solidifica ou como é a primeira Terra?" crosta formada? Essa é uma área totalmente nova que ainda precisa ser explorada ", diz ele.
Mais informações: Artigo - "Impactos gigantescos mudam estocamente as pressões internas dos planetas terrestres" Science Advances (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aav3746
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