Hallados los posibles restos del planeta que chocó contra la Tierra hace 4500 millones de años

Hace unos 4500 millones de años, el sistema solar era un gigantesco juego de pinball cósmico. En aquellos primeros tiempos, un cuerpo planetario del tamaño de Marte chocó contra la Tierra, aún en formación. La colisión fue tan potente que desintegró el protoplaneta apodado Theia que impactó contra nuestro planeta y puso en órbita alrededor de la Tierra enormes cantidades de material que acabaron formando la Luna.

Un nuevo estudio sugiere que durante este impacto, Theia dejó parte de su material en la superficie de la Tierra aún en formación, y que los restos se hundieron en nuestro planeta. El estudio, publicado en la revista Nature, concluye que, en la actualidad, el material de Theia podría constituir dos enormes y densos trozos del manto terrestre.

Los científicos de la Tierra saben desde hace décadas que en la base del manto, cerca del límite con el núcleo, existen unas manchas de material más denso que tienen el tamaño de un continente. Este nuevo estudio, realizado por Qian Yuan, geofísico del Caltech (Estados Unidos), y sus colegas, utiliza simulaciones del impacto que formó la Luna, así como de la evolución del interior de la Tierra, para averiguar dónde pueden esconderse los restos del "agresor" y cómo pueden haber cambiado con el tiempo.

"Es un resultado muy emocionante y provocador", afirma el científico planetario Robin Canup, del Southwest Research Institute de Boulder (Estados Unidos), que no participó en el estudio. "Significaría que tenemos material que puede decirnos más sobre Theia y ayudarnos a entender mejor el impacto de formación de la luna".

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Las entrañas de la Tierra

Como una cebolla, el interior de la Tierra está compuesto de capas. Sin embargo, a diferencia del vegetal, el núcleo de nuestro planeta es caliente, denso y mayoritariamente metálico, formado por una capa fundida exterior que gira y rodea una bola más densa de 2400 kilómetros de ancho. Fuera de estas dos capas del núcleo se encuentra el enorme manto, que constituye más del 80% del volumen de nuestro planeta. Encima del manto está la corteza, la superficie.

En el manto es donde tiene lugar gran parte de la acción: las placas continentales se desplazan y chocan, y el magma rezuma. También es difícil acceder a él directamente debido a su profundidad, por lo que, para comprender mejor el manto, los investigadores miden cómo viajan las ondas sísmicas a través de él durante los terremotos. A medida que esas ondas atraviesan materiales de distintas densidades, cambian de velocidad o dirección. Uniendo estos datos, los investigadores pueden trazar un mapa del interior de nuestro planeta.

Los estudios realizados en las últimas décadas han revelado la existencia de dos enormes manchas en la parte inferior del manto (una bajo Sudáfrica y otra bajo el Océano Pacífico) que difieren en densidad y composición del material circundante. Las ondas sísmicas se ralentizan cuando atraviesan estas manchas, por lo que los geocientíficos las han bautizado como grandes provincias de baja velocidad de cizallamiento (LLSVP). Estas regiones son más densas que el resto del manto y parecen existir desde hace miles de millones de años.

Sin embargo, los científicos no están seguros de cómo se formaron estas manchas de LLSVP en el manto. El nuevo estudio sugiere que tal vez procedan del protoplaneta que chocó contra la Tierra y dio lugar a la formación de la Luna.

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La formación de la Luna

Cuando el protoplaneta Theia chocó contra la Tierra hace 4500 millones de años, se desintegró y nubes de residuos fundidos y vapor rodearon la Tierra, congregándose para formar la Luna. En los últimos 50 años, los científicos han estudiado muestras lunares recogidas durante las misiones Apolo y de caídas de meteoritos, y han combinado esa información con simulaciones por ordenador para reconstruir esta historia, la principal teoría sobre cómo se formó la Luna.

Pero aún quedan algunas preguntas sobre esta teoría, incluida una que el geofísico Qian Yuan recuerda de una clase de la universidad: ¿Por qué no hemos encontrado restos de Theia aquí en la Tierra?

Yuan se sumergió en la cuestión para su tesis en la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.)y, junto con su asesor de investigación Mingming Li, se puso en contacto con otros geofísicos y científicos que modelan la hipótesis del impacto Tierra-Luna.

El astrónomo computacional Hongping Deng, del Observatorio Astronómico de Shanghái (China), se centró en la simulación de la colisión entre Theia y la proto-Tierra y en cómo el material se mezclaría (o no) en las capas de la Tierra. Su modelo informático incluía detalles más precisos que las simulaciones anteriores, revelando que parte del material de Theia que se fundió durante la colisión permaneció en la Tierra. El modelo sugiere que ese material era más denso que el manto superior de la proto-Tierra y se hundió en el manto inferior, donde ha permanecido como manchas identificables, sin mezclarse nunca.

"Sólo intentaba mezclarlos", dice Deng sobre su trabajo de simulación; "pero se niegan a mezclarse".

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Mezcla de materiales en el manto

La mayor pregunta sobre el nuevo modelo, dice Canup, es si el material del impacto podría "evitar mezclarse y homogeneizarse en el manto de la Tierra durante los próximos 4500 millones de años."

Algunos investigadores no están convencidos. "En nuestras simulaciones, el manto de Theia y el de la Tierra tienden a estar bien mezclados", afirma la científica planetaria Miki Nakajima, de la Universidad de Rochester (Nueva York). Sus investigaciones de los últimos años se han centrado en cómo evolucionan las capas en los planetas rocosos del sistema solar.

"No creo que el material del cuerpo impactante se hubiera mezclado completamente, pero la cantidad de mezcla que se ha producido está subestimada en este estudio", añade el geodinamista Maxim Ballmer, del University College de Londres (Reino Unido). Ballmer, aunque no está asociado a este nuevo artículo de Nature, colaboró con Deng en un estudio relacionado hace unos años.

Los científicos están de acuerdo en que estas densas regiones del manto de la Tierra existen desde hace mucho tiempo, pero aún se debate cuánto tiempo y de dónde proceden.

"Existe una explicación alternativa para la formación de estos cúmulos", afirma Ballmer. Apunta a la evidencia de que gran parte de lo que ahora es manto sólido había sido magma caliente al principio de la evolución de la Tierra, antes de separarse en las capas actuales. La capa superior se solidificó rápidamente al irradiar calor al espacio. La capa inferior, sin embargo, se solidificó lentamente y, por tanto, tuvo tiempo de diferenciarse en manchas más densas y zonas menos densas, según algunos estudios.

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El siguiente paso es comparar las firmas químicas del material de estas manchas y de la Luna, que está formada principalmente por Theia. "Si tienen la misma firma geoquímica, deben proceder del mismo planeta", afirma Yuan.

Pero reunir material nuevo para estudiarlo es más fácil de decir que de hacer. Los geocientíficos no pueden perforar la Tierra a suficiente profundidad para tomar muestras directamente de las manchas. Aunque, según Yuan, a veces llegan a la superficie rocas del interior profundo, como los basaltos de las islas oceánicas.

La superficie lunar ha estado expuesta a miles de millones de años de meteorización espacial y puede estar contaminada por meteoritos, por lo que a los investigadores les gustaría analizar también el material del manto lunar. Pero las muestras que los científicos tienen en los laboratorios de la Tierra proceden en su mayoría de la superficie.

Las nuevas piezas de la Luna podrían tener que esperar hasta una misión de retorno de muestras a la región meridional, donde el manto está más expuesto y es más accesible. Hasta entonces, los científicos seguirán perfeccionando sus modelos para buscar el fantasma de Theia.