miércoles, 16 de noviembre de 2011

Nuevo estudio sobre la cronología de la historia geolunar

Uno de los campos más complicados de la investigación científica, es la formación planetaria. El punto de vista actual, basado en la cronometría (medida científica del tiempo) establece que:
1.-La Tierra se formó a través de la acumulación de materiales unos 30 millones de años después de la formación de nuestro Sistema Solar.
2.-El impacto que dio lugar a la Luna se produjo,en tiempo geológico, inmediatamente después. Sin embargo, las simulaciones y los análisis de las rocas lunares perecen indicar que este acontecimiento se pudo producir hasta 70 millones de años después. Recientemente, los científicos del Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias de la Universidad de Harvard han propuesto un modelo que explica esta discrepancia mediante el análisis cronológico isotópico y la partición de la formación de siderófilos, o el hierro. Los investigadores concluyen que una formación tardía de la Luna es posible, pero requiere una formación muy rápida de la Tierra antes del impacto que formó la Luna.
El profesos Stein B. Jacobsen y Gang Yu, han analizado un método para obtener conclusiones con respecto a la formación geolunar y su escala en el tiempo. Según estos científicos, el factor más complicado en el estudio fue el uso del cronómetro basado en el hafnio-tungsteno para determinar la forma de modelar los procesos básicos de formación y su efecto sobre la composición isotópica de tungsteno en el manto de nuestro proto-planeta. Aunque los investigadores ya poseen los datos del tungsteno, recrear con ellos la cronometría requiere aún mucho trabajo, ya que hay que tener en cuenta cuestiones como la desintegración radioactiva y la formación del núcleo, que es todavía muy conceptual y técnicamente difícil.

En el esquema superior se representa las etapas de la formación geolunar. Hay cuatro etapas:
1.-asentamiento del polvo.
2.-formación de planetesimales.
3.-formación del embrión.
4.-acreción de los planetesimales y gran impacto.
Los cuerpos situados debajo de las líneas de puntos representan el material que queda en la zona de alimentación de la Tierra. La zona sombreada representa la presencia de la nebulosa solar que se disipó hace 2-5 millones de años. En la parte inferior se muestra una escala de tiempo aproximada.


Como resultado, el equipo utilizó una variedad de técnicas innovadoras para construir su nuevo modelo. La herramienta que se emplea para limitar la formación en la escala de tiempo de nuestro sistema geolunar es el cronómetro 182Hf-182W, la más poderosa disponible debido a que su vida media es de 8,9 millones de años, que está cerca de la escala de tiempo de formación de la Tierra y la Luna. "En primer lugar, nos las arreglamos para encontrar un conjunto de ecuaciones diferenciales", explica Yu ", que con éxito pueden describir la acumulación, la desintegración radiactiva y los procesos básicos de formación al mismo tiempo." Las ecuaciones eran demasiado complicadas para llegar a una solución analítica simple, pero se resolvieron utilizando el programa informático MatLab.
"En segundo lugar," continúa Yú, "mediante la ejecución del modelo, hemos explorado todos los espacios posibles para el parámetro de condiciones físico-químicas de los procesos de formación del núcleo, tales como la fugacidad de presión, temperatura y oxígeno, para determinar los valores correctos para cada parámetro, haciendo coincidir bien las concentraciones limitadas de los cinco elementos que en la actualidad se encuentran en el manto de la Tierra (tungsteno, níquel, cobalto, vanadio y niobio).
Otro de los avances de su modelo,añade Yu, es que tratan el momento en el que se produjo el impacto como una variable aleatoria, lo que es muy probable que sea cierto en la realidad. "En el pasado, se supone siempre que el impacto que formó la Luna se produjo justo después de la finalización de la etapa de crecimiento continuo de la proto-Tierra. En su lugar, hemos tratado el momento del gran impacto como una variable aleatoria, lo que permite estudiar la relación entre la escala de tiempo de formación de la Tierra y el momento de la colisión. "Al unir el tungsteno actual y los niveles de isótopos de estroncio de las rocas lunares, los investigadores encontraron que podría haber una brecha entre la formación de la proto-Tierra y el gigantesco impacto que formó la Luna.
Otras innovaciones también pueden ser desarrolladas y aplicadas en el diseño experimental actual. "Lo que hemos hecho es en su mayoría modelos de trabajo basados ​​en una gran cantidad de datos geoquímicos y astroquímicos publicados", señala Yu. "Todavía hay algo interesante sobre el modelo que puede ser probado y mejorado en un futuro próximo en relación con el proceso de formación del núcleo durante el gigantesco impacto que formó la Luna, que lo modeló después de un punto de vista tradicional y simplificado. Se creía que durante el gran impacto, el núcleo del impactador estaba totalmente fundido y emulsionado de pequeñas gotas que se hundieron lentamente a través del manto de la Tierra hacia el núcleo de nuestro planeta, alcanzando un equilibrio químico entre las gotas y el manto."
Al mismo tiempo, a partir de los últimos resultados de la simulación, han surgido diferentes procesos para la formación del núcleo. Se ha visto que si el ángulo de impacto es alto, el núcleo del cuerpo impactador se pudo fusionar con el de la Tierra sin la necesidad de alcanzar antes un equilibrio químico. Si este proceso es cierto, tendría implicaciones en la composición isotópica del tungsteno en el manto de la Tierra, lo que puede conducir a escalas de tiempo diferentes. Por lo tanto, vale la pena ampliar el modelo para incluir este caso especial ya que el grado de fusión de los núcleos afecta significativamente a la escala de tiempos del sistema geolunar.
Yu también tiene previsto utilizar este modelo para estudiar la formación de Marte. Marte tiene una masa mucho más pequeña que la de la Tierra. Se sospecha que podría ser un embrión planetario formado por los restos que sobrevivieron a la última etapa de la formación del Sistema Solar, por lo que su formación habría sido más rápida.
Este modelo tiene aún más implicaciones, ya que también apoya las teorías actuales sobre la formación de los planetas gigantes gaseosos. Además proporciona otro punto de vista para entender el origen de la atmósfera terrestre y la evolución del manto.
Además del cronómetro 182Hf-182W, la decadencia del sistema 107Pd-107Ag, es otro cronómetro de gran alcance para limitar los plazos de la condensación y evaporación de los elementos volátiles de los planetas, por lo que no debe ser ignorado.
Finalmente, Yu concluye comentando que este modelo también podría aplicarse a los sistemas exoplanetarios para establecer una guía para encontrar estrellas con una edad que indique una mayor probabilidad de que tengan exoplanetas maduros, lo que facilitará el trabajo de la búsqueda de vida extraterrestre.


Más información en el enlace.

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