Nova teoria de cientista brasileiro explica de onde veio a água da Terra

José Tadeu Arantes

Da Agência Fapesp

  • Nasa

    Objetos deslocados para o interior do Sistema Solar devido ao crescimento de Júpiter teriam levado à região a maior parte da água atualmente existente

    Objetos deslocados para o interior do Sistema Solar devido ao crescimento de Júpiter teriam levado à região a maior parte da água atualmente existente

Munidos da lei da gravitação universal de Newton (cuja publicação completou 330 anos em 2017) e de pesados recursos computacionais (para poder aplicar a lei a mais de 10 mil corpos em interação), um jovem pesquisador brasileiro e seu antigo supervisor de pós-doutorado acabam de propor um novo modelo físico para explicar a origem da água na Terra e nos demais objetos de tipo terrestre do Sistema Solar.

Convém afastar logo a ideia de uma Terra que recebeu toda a sua água por meio do impacto de cometas oriundos de regiões muito distantes. Tais 'entregas' também ocorreram, mas sua contribuição foi posterior e percentualmente muito menos importante. 

André Izidoro, cientista da Faculdade de Engenharia da Unesp (Universidade Estadual Paulista) de Guaratinguetá

O artigo assinado por Izidoro e pelo seu orientador, o astrofísico norte-americano Sean Raymond, do Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, na França, foi publicado na revista Icarus.

O valor de água existente na Terra varia muito de uma estimativa a outra. Usando como unidade de medida o "oceano terrestre", o que corresponde a toda a água dos oceanos da Terra, alguns falam em três a quatro "oceanos terrestres". Outros, em dezenas. A variação decorre do fato de não se saber quanta água existe no manto do planeta. E nem mesmo na crosta, aprisionada no interior das rochas. De qualquer forma, o modelo proposto dá conta do amplo leque de estimativas.

"A ideia de que a água da Terra veio predominantemente por meio de asteroides não é nova. Ela é praticamente consensual entre os pesquisadores. Nosso trabalho não é pioneiro em relação a isso. O que conseguimos foi associar esse aporte de asteroides ao processo de formação de Júpiter. E, com base no modelo resultante, 'entregar à Terra' quantidades de água consistentes com os valores estimados atualmente", afirma Izidoro.

A maior parte da água chegou à região atualmente ocupada pela órbita da Terra antes que o planeta tivesse se constituído

André Izidoro, cientista 

Veja abaixo simulação da formação de Júpiter e Saturno "espalhando" planetesimais com água:

A simulação, feita com supercomputadores, mostra no eixo horizontal as distâncias dos objetos ao Sol, em unidades astronômicas (AU), e no eixo vertical, as excentricidades das órbitas dos objetos. Os dois pontos pretos, situados, respectivamente, a pouco menos de 5,5 AU e mais de 7,0 AU, são, pela ordem, Júpiter e Saturno. Durante a animação, esses corpos crescem pelo acréscimo de gás da nuvem protoplanetária. E seu crescimento desestabiliza os planetesimais e os lança em várias direções. As diferentes cores atribuídas aos planetesimais servem apenas para mostrar onde eles estavam no início e para onde foram lançados. A área cinzenta assinala a posição atual do Cinturão de Asteroides. E o cômputo do tempo, em milhares de anos, aparece na porção superior do gráfico.

Água existente na época da formação do Sol e dos planetas

Para entender "como", vale recapitular o cenário definido pelo modelo convencional de formação do Sistema Solar, acrescentando o novo modelo relativo ao aporte de água. A condição inicial é uma gigantesca nuvem de gás e poeira cósmica. Devido a algum tipo de perturbação gravitacional ou turbulência local, essa nuvem entra em colapso e passa a ser atraída por uma determinada região de seu interior, que configura um centro.

Com o aporte de matéria, o centro torna-se tão massivo e aquecido que, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, entra em processo de fusão nuclear, transformando-se em estrela. Enquanto isso, a nuvem remanescente continua a orbitar o centro e seu material se aglutina, formando um disco, que posteriormente se fragmenta, definindo os nichos protoplanetários.

"Estima-se que, nesse disco, a região rica em água se localizava a partir de algumas unidades astronômicas de distância do Sol. Na região interior, mais próxima da estrela, a temperatura era alta demais para que a água pudesse se acumular, exceto talvez em muito pequena quantidade, na forma de vapor", explica Izidoro.

Por definição, a unidade astronômica (AU) é a distância média da Terra ao Sol. Entre 1,8 AU e 3,2 AU localiza-se atualmente o Cinturão de Asteroides, com centenas de milhares de objetos. Nessa faixa, os asteroides que ocupam a região entre 1,8 AU e 2,5 AU são predominantemente pobres em água, enquanto a maioria daqueles situados além de 2,5 AU são ricos. O processo de formação de Júpiter pode explicar a origem dessa divisão, de acordo com o pesquisador.

"O tempo transcorrido entre a formação do Sol e a completa dissipação do disco gasoso foi bastante curto, na escala cosmogônica: de apenas 5 milhões a no máximo 10 milhões de anos. E a formação de planetas gasosos tão massivos quanto Júpiter e Saturno só pode ter ocorrido durante essa fase de juventude do Sistema Solar. Então, foi durante essa fase que o rápido crescimento de Júpiter perturbou gravitacionalmente milhares de planetesimais ricos em água, deslocando-os de suas órbitas originais", diz o pesquisador.

Formação de Júpiter enviou água para região onde está a Terra

Estima-se que Júpiter possua um núcleo sólido, com massa equivalente a algumas vezes a massa da Terra. Esse núcleo sólido é recoberto por um extenso e massivo envoltório gasoso. Júpiter só pode ter adquirido tal envoltório durante a fase da nebulosa solar, quando o sistema estava em formação e havia enorme quantidade de material gasoso disponível.

O período de formação da Terra é datado entre 30 milhões e 150 milhões de anos após a formação do Sol. Quando isso ocorreu, a região do disco onde nosso planeta se constituiu já dispunha de bastante água, entregue pelos planetesimais deslocados por Júpiter e também por Saturno.

André Izidoro, cienstista

Devido à vultosa massa do embrião de Júpiter, o processo de aquisição do gás, por atração gravitacional, foi muito rápido. Nas vizinhanças do planeta gigante em formação, situados além da "linha de gelo", milhares de planetesimais [corpos rochosos semelhantes a asteroides] orbitavam o centro do disco, atraindo-se, simultaneamente, uns aos outros.

Admite-se que uma pequena fração da água existente na Terra tenha chegado mais tarde, mediante o choque de cometas e asteroides. E que uma fração ainda menor possa ter-se formado localmente, por meio de processos físico-químicos endógenos. Mas a maior parte da água veio com os planetesimais

André Izidoro, cienstista

O rápido aumento da massa de Júpiter rompeu o precário equilíbrio gravitacional desse sistema de muitos corpos. Vários planetesimais foram engolidos pelo Proto-Júpiter. Outros, enviados para os confins do Sistema Solar. E uma pequena fração, arremessada para a região interior do disco, entregando água para o material que, mais tarde, formaria os planetas terrestres e constituiria o Cinturão de Asteroides.

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