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Hace unos 4.500 millones de años, el sistema solar era un gigantesco juego de pinball cósmico. Durante esas primeras edades, un cuerpo planetario del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra aún en formación. La colisión fue tan poderosa que se rompió y el protoplaneta impactante, apodado Theia, se rompió y envió enormes cantidades de material a la órbita de la Tierra, material que finalmente se convirtió en 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 escombros se hundieron en nuestro planeta. Publicado en la revista Nature , el estudio descubre que hoy en día, el material de Theia puede representar dos trozos enormes y densos del manto de la Tierra.

^{_{Imagen momentos antes del gran Impacto de Theia contra la tierra.}}

Los científicos de la Tierra saben desde hace décadas que existen masas de material más denso del tamaño de un continente hacia la base del manto, cerca del límite con el núcleo. Este nuevo estudio, realizado por el geofísico de Caltech Qian Yuan y sus colegas, utiliza simulaciones del impacto de la formación de la luna, así como la evolución del interior de la Tierra, para abordar dónde pueden estar escondidos los restos del impactador y cómo pueden haber cambiado con el tiempo.

"Es un resultado muy emocionante y provocativo", dice el científico planetario Robin Canup del Instituto de Investigación del Suroeste en Boulder, Colorado, que no participó en el estudio. "Significaría que tenemos material que puede decirnos más sobre Theia y ayudarnos a comprender mejor... el impacto de la formación de la luna".

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, y está formado por una capa exterior fundida que gira alrededor de una bola más densa de 2.400 kilómetros de ancho. Fuera de estas dos capas centrales se encuentra el enorme manto, que representa más del 80 por ciento del volumen de nuestro planeta. Encima del manto está la corteza, la superficie.

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 directamente a él debido a su profundidad, por lo que para comprender mejor el manto, los investigadores miden cómo las ondas sísmicas viajan a través de él durante los terremotos. A medida que esas ondas pasan a través de materiales de diferentes densidades, cambian de velocidad o dirección. Al reunir esos fragmentos de información, los investigadores esencialmente pueden mapear el interior de nuestro planeta.

Estudios de este tipo realizados en las últimas décadas han mostrado dos enormes manchas en las porciones inferiores 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 pasan a través de estas burbujas, por lo que los geocientíficos las han denominado: grandes provincias de baja velocidad de corte (LLSVP). Estas regiones son más densas que el resto del manto y parecen haber existido durante miles de millones de años .

Sin embargo, los científicos no están seguros de cómo llegaron estas manchas LLSVP dentro del manto. Quizás, sugiere el nuevo estudio, esos grupos provinieron del protoplaneta que se estrelló contra la Tierra, lo que llevó a la formación de la luna.

^{_{Imagen del Impacto de Theia contra la tierra.}}

haciendo la luna

 Cuando el impactador Theia chocó contra la Tierra hace 4.500 millones de años, se rompió y nubes de escombros fundidos y vapor rodearon la Tierra, congregándose para formar la luna. En los últimos 50 años, los científicos han estudiado muestras lunares recolectadas durante las misiones Apolo y de caídas de meteoritos y combinaron esa información con simulaciones por computadora para reconstruir esta historia, la teoría principal sobre cómo se formó la luna.

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

Yuan se sumergió en la cuestión para su trabajo de tesis en la Universidad Estatal de Arizona y, junto con su asesor de investigación Mingming Li , contactó a otros geofísicos y científicos que modelan las hipótesis del impacto entre la Tierra y la Luna.

El astrónomo computacional Hongping Deng del Observatorio Astronómico de Shanghai en China se centró en simular la colisión entre Theia y la protoTierra y cómo el material se mezclaría (o no) dentro de las capas de la Tierra. Su modelo informático incluía detalles más finos que simulaciones anteriores, revelando que parte del material de Theia que se derritió durante la colisión permaneció en la Tierra. El modelo sugiere que el material era más denso que el manto superior de la protoTierra y se hundió en el manto inferior, donde permaneció como masas identificables, sin mezclarse nunca.

"Sólo estaba tratando de mezclarlos", dice Deng sobre su trabajo de simulación, "pero se niegan a mezclarlos".

Mezclando materiales en el manto.

 La pregunta más importante sobre el nuevo modelo, dice Canup, es si el material del impacto podría "evitar ser mezclado y homogeneizado en el manto de la Tierra durante los próximos cuatro mil quinientos millones de años".

Algunos investigadores no están convencidos. "En nuestras simulaciones, el manto de Theia y el manto de la Tierra tienden a estar bien mezclados", dice el científico planetario Miki Nakajima de la Universidad de Rochester en Nueva York. Su investigación durante los últimos años se ha centrado en cómo evolucionan las capas dentro de los planetas rocosos del sistema solar.

"No creo que el material del impactador esté completamente mezclado, pero en este estudio se subestima la cantidad de mezcla que se ha producido", añade el geodinámico Maxim Ballmer del University College de Londres. Ballmer, aunque no está asociado con este nuevo artículo de Nature , colaboró ​​con Deng en un estudio relacionado hace unos años.

Los científicos coinciden en que estas regiones densas en el manto de la Tierra han existido durante mucho tiempo, pero aún está en debate exactamente cuánto tiempo y de dónde vinieron.

"Existe una explicación alternativa para la formación de estos montones", dice Ballmer. Señala la evidencia de que gran parte de lo que ahora es un manto sólido había sido magma caliente en las primeras etapas de la evolución de la Tierra, antes de separarse en las capas actuales. La capa superior se solidificó rápidamente mientras irradiaba calor al espacio. La capa inferior, sin embargo, se solidificó lentamente y, por lo tanto, tuvo tiempo de diferenciarse en manchas más densas y áreas menos densas, según algunos estudios.

El siguiente paso es comparar las firmas químicas del material de estas manchas y de la luna, que está compuesta principalmente de Theia. "Si tienen la misma firma geoquímica, deben originarse en el mismo planeta", dice Yuan.

Pero reunir material nuevo para estudiar es más fácil de decir que de hacer. Los geocientíficos no pueden perforar lo suficientemente profundo en la Tierra para tomar muestras directamente de las burbujas. Aunque, dice Yuan, las rocas del interior profundo a veces llegan a la superficie, como los basaltos de Ocean Island.

La superficie de la Luna ha estado expuesta a miles de millones de años de erosión 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 provienen en su mayoría de la superficie.

Es posible que las nuevas piezas de la luna tengan que esperar hasta una misión de retorno de muestras a la región sur, donde el manto está más expuesto y accesible. Hasta entonces, los científicos seguirán perfeccionando sus modelos para buscar el fantasma de Theia.