Há 4,5 bilhões de anos, outro planeta colidiu com a Terra – e ele pode ter originado a Lua

Há cerca de 4,5 bilhões de anos, o sistema solar era um gigantesco jogo de pinball cósmico. Durante essas eras iniciais, um corpo planetário do tamanho de Marte colidiu com a Terra ainda em formação. A colisão foi tão forte que separou o protoplaneta impactante, apelidado de Theia, e enviou enormes quantidades de material para a órbita da Terra – material que acabou se aglutinando na Lua.

Um novo estudo sugere que, durante esse impacto, Theia deixou parte de seu material na superfície da Terra ainda em formação, e esses detritos afundaram em 

nosso planeta. Publicado na revista Nature, o estudo conclui que, atualmente, o material de Theia pode ser responsável por dois enormes e densos pedaços no manto da Terra.

Os cientistas sabem há décadas que existem bolhas de tamanho continental de material mais denso na base do manto, perto da fronteira com o núcleo da Terra. Esse novo estudo, realizado pelo geofísico Qian Yuan, do Caltech, e seus colegas, utiliza simulações do impacto de formação da Lua, bem como a evolução do interior da Terra, para determinar onde os restos do planeta impactador podem estar se escondendo e como eles podem ter mudado ao longo do tempo.

“É um resultado muito empolgante e provocativo”, diz o cientista planetário Robin Canup, do Southwest Research Institute em Boulder, no Colorado (Estados Unidos), que não participou do estudo. “Isso significaria que temos material que pode nos dizer mais sobre Theia e nos ajudar a entender melhor (...) o impacto na formação da Lua.”

As entranhas da Terra

Como uma cebola, o interior da Terra é composto de camadas. No entanto, diferentemente do vegetal, o núcleo do nosso planeta é quente, denso e, em sua maior parte, metálico, formado por uma camada externa rotativa e derretida que envolve uma bola mais densa de 1.500 quilômetros de largura. Fora dessas duas camadas do núcleo está o enorme manto, que compõe mais de 80% do volume do nosso planeta. No topo do manto está a crosta, a superfície da Terra.

É no manto que ocorre grande parte da ação: as placas continentais se deslocam e colidem, e o magma escorre. Também é difícil acessá-lo diretamente devido à sua profundidade, portanto, para entender melhor o manto, os pesquisadores medem como as ondas sísmicas o atravessam durante os terremotos. À medida que essas ondas passam por materiais de diferentes densidades, elas mudam de velocidade ou direção. Ao juntar essas informações, os pesquisadores podem essencialmente mapear o interior do nosso planeta.

Esses estudos realizados nas últimas décadas mostraram duas enormes bolhas nas porções inferiores do manto – uma sob a África do Sul e outra sob o Oceano Pacífico – que diferem em densidade e composição do material circundante. As ondas sísmicas diminuem a velocidade quando passam por essas bolhas e, por isso, os geocientistas as apelidaram de grandes províncias de baixa velocidade de cisalhamento (LLSVPs). Essas regiões são mais densas do que o restante do manto e parecem existir há bilhões de anos.

No entanto, os cientistas não têm certeza de como essas bolhas de LLSVP surgiram dentro do manto. Talvez, sugere o novo estudo, esses aglomerados tenham vindo do protoplaneta que se chocou com a Terra, levando à formação da Lua.

Criando a Lua

Quando o impactador Theia atingiu a Terra há 4,5 bilhões de anos, ele se despedaçou e nuvens de detritos derretidos e vapor circundaram a Terra, reunindo-se para formar a Lua. Nos últimos 50 anos, os cientistas estudaram amostras lunares coletadas durante as missões Apollo e de quedas de meteoritos e combinaram essas informações com simulações de computador para montar essa história, a principal teoria de como a Lua se formou.

Mas ainda há algumas perguntas sobre essa teoria, inclusive uma que o geofísico Qian Yuan lembra de uma aula na pós-graduação: Por que não encontramos vestígios de Theia aqui na Terra?

Yuan se aprofundou na questão em seu trabalho de tese na Universidade Estadual do Arizona, e, juntamente com seu orientador de pesquisa Mingming Li, entrou em contato com outros geofísicos e cientistas que modelam as hipóteses de impacto entre a Terra e a Lua.

O astrônomo computacional Hongping Deng, do Observatório Astronômico de Xangai, na China, concentrou-se em simular a colisão entre Theia e a proto-Terra e como o material se misturaria ou não nas camadas da Terra. Seu modelo de computador incluiu detalhes mais finos do que as simulações anteriores, revelando que parte do material de Theia que derreteu durante a colisão permaneceu na Terra. O modelo sugere que esse material era mais denso do que o manto superior da proto-Terra e afundou no manto inferior, onde permaneceu como bolhas identificáveis, nunca se misturando.

“Eu estava apenas tentando misturá-los”, afirma Deng sobre seu trabalho de simulação, "mas eles se recusam a ser misturados”. 

Mistura de materiais no manto da Terra

A maior dúvida sobre o novo modelo, diz Canup, é se o material do impacto poderia “evitar ser misturado e homogeneizado no manto da Terra nos próximos quatro bilhões e meio de anos”.

Alguns pesquisadores não estão convencidos. “Em nossas simulações, o manto de Theia e o manto da Terra tendem a ser bem misturados”, revela a cientista planetária Miki Nakajima, da Universidade de Rochester, em Nova York. Sua pesquisa nos últimos anos concentrou-se em como as camadas evoluem nos planetas rochosos do sistema solar.

"Não acho que o material do impactador seria completamente misturado, mas a quantidade de mistura que ocorreu foi subestimada nesse estudo", acrescenta o geodinamicista Maxim Ballmer, da University College London. Ballmer, embora não esteja associado a esse novo artigo da Nature, colaborou com Deng em um estudo relacionado há alguns anos.

Os cientistas concordam que essas regiões densas no manto da Terra existem há muito tempo, mas ainda não se sabe exatamente há quanto tempo e de onde elas vieram. “Há uma explicação alternativa para a formação dessas pilhas”, diz Ballmer. Ele aponta para evidências de que grande parte do que hoje é o manto sólido foi magma quente no início da evolução da Terra, antes de se separar nas camadas atuais. 

A camada superior se solidificou rapidamente à medida que irradiava calor para o espaço. A camada inferior, entretanto, solidificou-se lentamente e, portanto, teve tempo de se diferenciar em bolhas mais densas e áreas menos densas, de acordo com alguns estudos.

O próximo passo é comparar as assinaturas químicas do material dessas bolhas e da lua, que é composta principalmente de Theia. "Se eles tiverem a mesma assinatura geoquímica, devem ser originários do mesmo planeta", explica Yuan.

Mas é mais fácil falar do que fazer a coleta de novos materiais para estudo. Os geocientistas não podem perfurar a Terra em profundidade suficiente para coletar amostras diretamente das bolhas. No entanto, diz Yuan, as rochas do interior profundo às vezes chegam à superfície, como os basaltos das ilhas oceânicas.

A superfície da Lua foi exposta a bilhões de anos de intemperismo espacial e pode estar contaminada por meteoritos, portanto, os pesquisadores também gostariam de analisar o material do manto lunar. Mas as amostras que os cientistas têm nos laboratórios da Terra são, em sua maioria, da superfície.

Novos pedaços da Lua talvez tenham que esperar até uma missão de retorno de amostras à região sul, onde o manto está mais exposto e acessível. Até lá, os cientistas continuarão a refinar seus modelos para procurar o fantasma de Theia.