Un equipo de investigación internacional interdisciplinario ha hecho un descubrimiento sorprendente que arroja luz sobre la formación de la Luna y la Tierra hace aproximadamente 4.500 millones de años. Esta investigación no solo proporciona información crucial sobre la estructura interna de la Tierra, sino que también arroja nueva luz sobre su evolución a largo plazo y la formación del sistema solar interior.
El estudio, que se basó en métodos de dinámica de fluidos computacional desarrollados por el profesor Deng Hongping del Observatorio Astronómico de Shanghai de la Academia China de Ciencias, se ha publicado en la revista Nature.
La formación de la Luna ha sido un enigma persistente para varias generaciones de científicos. La teoría prevaleciente ha sugerido que, durante las etapas finales del crecimiento de la Tierra hace aproximadamente 4.500 millones de años, ocurrió una colisión masiva, conocida como el "impacto gigante", entre la Tierra primordial (Gaia) y un protoplaneta del tamaño de Marte conocido como Theia. Se cree que la Luna se formó a partir de los escombros generados por esta colisión.
Las simulaciones numéricas indicaron que la Luna heredó material principalmente de Theia, mientras que Gaia, debido a su masa mucho mayor, solo se contaminó ligeramente con material de Theia. Sin embargo, mediciones de isótopos de alta precisión revelaron más tarde que las composiciones de la Tierra y la Luna son sorprendentemente similares, desafiando la teoría convencional de la formación de la Luna.
Para refinar aún más la teoría de la formación de la Luna, Deng comenzó a investigar sobre el tema en 2017. Se centró en desarrollar un nuevo método de dinámica de fluidos computacional llamado "Masa Finita sin Malla" (MFM), que es excelente para modelar con precisión la turbulencia y la mezcla de materiales.
Utilizando este enfoque innovador y realizando numerosas simulaciones del impacto gigante, el investigador descubrió que la Tierra temprana exhibía una estratificación del manto después del impacto, con el manto superior y el inferior teniendo composiciones y estados diferentes. Específicamente, el manto superior presentaba un océano de magma, creado a través de una mezcla completa de material de Gaia y Theia, mientras que el manto inferior permanecía en su mayoría sólido y conservaba la composición de Gaia. "Las investigaciones anteriores habían puesto un énfasis excesivo en la estructura del disco de escombros (el precursor de la Luna) y habían pasado por alto el impacto de la colisión gigante en la Tierra temprana", indica el científico.
Después de discutir con geofísicos del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, Deng y sus colaboradores se dieron cuenta de que esta estratificación del manto podría haber persistido hasta el día de hoy, correspondiendo a los reflectores sísmicos globales en el manto medio (ubicados a unos 1.000 km bajo la superficie de la Tierra). Específicamente, es posible que todo el manto inferior de la Tierra todavía esté dominado por material Gaiano previo al impacto, que tiene una composición elemental diferente (incluyendo un mayor contenido de silicio) que el manto superior, según un estudio previo.
"Nuestros hallazgos desafían la noción tradicional de que el impacto gigante llevó a la homogeneización de la Tierra temprana", indica Deng. "En cambio, el impacto gigante formador de la Luna parece ser el origen de la heterogeneidad del manto temprano y marca el punto de partida de la evolución geológica de la Tierra a lo largo de 4.500 millones de años".
Otro científico, Yuan Qian, del Instituto de Tecnología de California, junto con colaboradores, propuso que los LLVP podrían haber evolucionado a partir de una pequeña cantidad de material Theiano que ingresó al manto inferior de Gaia. Posteriormente, invitaron al Profesor Deng a explorar la distribución y el estado del material Theiano en el interior profundo de la Tierra después del impacto gigante.
A través de un análisis profundo de simulaciones previas del impacto gigante y realizando nuevas simulaciones de mayor precisión, el equipo de investigación descubrió que una cantidad significativa de material del manto Theiano, aproximadamente el dos por ciento de la masa de la Tierra, ingresó al manto inferior de Gaia.
El equipo de investigación también calculó que este material del manto Theiano, similar a las rocas lunares, está enriquecido con hierro, lo que lo hace más denso que el material Gaiano circundante. Como resultado, se hundió rápidamente en el fondo del manto y, a lo largo de la convección del manto a largo plazo, formó dos regiones prominentes de LLVP. Estos LLVP han permanecido estables a lo largo de 4.500 millones de años de evolución geológica.