Cómo las colisiones de asteroides y cometas retrasaron la evolución de la atmósfera

Un equipo dirigido por el Southwest Research Institute actualizó los modelos de bombardeo planetario con la información geológica más reciente y luego aplicó esos modelos para comprender cómo los efectos afectaron los niveles de oxígeno atmosférico de la Tierra en el período Archaean, hace 2.5 a 4 mil millones de años. Este concepto artístico ilustra la presencia de grandes asteroides que penetran en la atmósfera pobre en oxígeno de la Tierra. Crédito: SwRI / Dan Durda, Simone Marchi

El estudio encontró que las colisiones que detuvieron el crecimiento de oxígeno en el planeta son más comunes de lo que se pensaba.

Hace entre 2.5 y 4 mil millones de años, una época conocida como el eón arcaico, el clima de la Tierra a menudo se puede describir como nublado con la posibilidad de un asteroide.

En ese momento, no era raro que los asteroides o cometas chocaran contra la Tierra. De hecho, el más grande de ellos, de más de seis millas de ancho, alteró la química de la atmósfera primitiva del planeta. Si bien todo esto ha sido generalmente aceptado por los geólogos, lo que no se comprende bien es la frecuencia con la que estos grandes asteroides colisionarán y cómo los efectos de los impactos han afectado la atmósfera, específicamente los niveles de oxígeno. Un equipo de investigadores cree ahora tener algunas respuestas.

En un nuevo estudio, Nadia Drapon, profesora asistente de Ciencias de la Tierra y Planetarias en la Universidad de Harvard, fue parte de un equipo que analizó los restos de asteroides antiguos y modeló los efectos de sus colisiones para mostrar que los golpes ocurrieron con más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente, y puede haberse retrasado cuando el oxígeno comenzó a acumularse en el planeta. Los nuevos modelos podrían ayudar a los científicos a comprender con mayor precisión cuándo el planeta comenzó su camino hacia la Tierra que conocemos hoy.

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“El oxígeno libre en la atmósfera es fundamental para cualquier organismo que utilice la respiración para producir energía”, dijo Drapon. “Si no fuera por la acumulación de oxígeno en la atmósfera, probablemente no existiríamos”.

Un equipo dirigido por el Southwest Research Institute ha actualizado los modelos de bombardeo planetario para comprender cómo los grandes impactos, como el que se muestra aquí, afectaron los niveles de oxígeno en la atmósfera de la Tierra en el período Archaean, hace 2.5 a 4 mil millones de años. Crédito: SwRI / Simone Marchi

El trabajo se describe en ciencias naturales de la tierra Fue dirigido por Simon Marchi, científico del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado.

Los investigadores encontraron que los modelos actuales de bombardeo planetario subestiman la frecuencia con la que los asteroides y cometas chocan con la Tierra. La nueva alta tasa de colisiones indica que las colisiones golpean el planeta aproximadamente cada 15 millones de años, aproximadamente 10 veces más alto que los modelos actuales.

Los científicos se dieron cuenta de esto después de analizar registros de lo que parecían ser trozos de roca ordinarios. En realidad, es una evidencia antigua, conocida como bolas de impacto, que se formaron en colisiones de fuego cada vez que grandes asteroides o cometas chocan contra el planeta. Como resultado, la energía de la colisión derritió el material rocoso en la corteza terrestre y lo evaporó, desencadenando una columna gigante. Pequeñas gotas de roca fundida en esa nube se condensan y solidifican, cayendo de nuevo al suelo como partículas del tamaño de arena que se asientan sobre la corteza terrestre. Estas marcas antiguas son difíciles de encontrar porque forman capas en la roca que generalmente no miden más de una pulgada más o menos.

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“Básicamente, haces largas caminatas y miras todas las rocas que puedes encontrar porque las partículas de impacto son muy pequeñas”, dijo Drapon. “Realmente los extrañé tan fácilmente”.

muestra esférica

Un estudio dirigido por SwRI ha actualizado los modelos de bombardeo basados ​​en diminutas partículas de vidrio, conocidas como esferas de impacto, que llenan varias capas delgadas y separadas en la corteza terrestre, con edades que oscilan entre los 2.4 y los 3.500 millones de años. Las capas de glóbulos, como la que se ve en este espécimen australiano de 5 centímetros y 2.600 millones de años de antigüedad, son signos de colisiones antiguas. Crédito: Cortesía de UCLA / Scott Hasler y Oberlin / Bruce Simonson

Pero los científicos, como Drapon, tuvieron su oportunidad. “En los últimos dos años, se ha encontrado evidencia de una serie de efectos adicionales que no se habían reconocido antes”, dijo.

Estas nuevas capas globulares aumentaron el número total de eventos de colisión conocidos durante la Tierra primitiva. Esto permitió al equipo del Southwest Research Institute actualizar sus modelos de bombardeo para encontrar que la tasa de colisión había sido subestimada.

Luego, los investigadores modelaron cómo todos estos efectos podrían afectar la atmósfera. Esencialmente, encontraron, los efectos acumulativos de las colisiones de meteoritos por objetos de más de seis millas de tamaño probablemente crearon un sumidero de oxígeno que absorbió la mayor parte del oxígeno de la atmósfera.

Los resultados son consistentes con el registro geológico, que muestra que los niveles de oxígeno atmosférico variaron pero se mantuvieron relativamente bajos en el período arqueológico temprano. Este fue el caso hasta hace unos 2.400 millones de años, durante el final de este período de tiempo cuando el bombardeo se desaceleró. Luego, la Tierra experimentó un cambio importante en la química de la superficie que resultó del aumento de los niveles de oxígeno conocido como el Gran Evento de Oxidación.

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“Con el tiempo, las colisiones se volvieron cada vez menos frecuentes y demasiado pequeñas para poder alterar significativamente los niveles de oxígeno posteriores al GOE”, dijo Markey en un comunicado. “La Tierra estaba en camino de convertirse en el planeta actual”.

Drapon dijo que los próximos pasos en el proyecto incluyen poner a prueba su trabajo de modelado para ver qué pueden modelar en las rocas.

“¿Podemos rastrear en el registro de rocas cómo se absorbió el oxígeno de la atmósfera?” Preguntó Drapun.

Referencia: “Oxidación atmosférica tardía y variable debido a tasas de colisión más altas en la Tierra” por S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl y T. Lyons, octubre 21 de 2021, ciencias naturales de la tierra.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9

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