Orígenes del asteroide Ryugu decodificados por carbonatos en la nebulosa solar.

15 de agosto de 2023 feature

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por Hannah Bird, Phys.org

La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón envió la nave espacial Hayabusa2 al 162173 Ryugu en 2019, un asteroide en órbita cerca de la Tierra compuesto por fragmentos rocosos que provienen de un cuerpo parental más grande. Varios rovers trajeron muestras de la superficie del asteroide de vuelta a la Tierra para que los científicos las estudiaran.

Las muestras son indicativas de meteoritos químicamente primitivos, similares a los condritas de tipo Ivuna, y contienen compuestos químicos particulares que sugieren la presencia de agua. En particular, las alteraciones de la superficie del asteroide por agua en el cuerpo parental, a temperaturas estimadas de hasta 150°C, produjeron minerales secundarios (incluyendo filosilicatos, carbonatos, sulfuros y óxidos) y los investigadores tenían como objetivo comprender la escala de tiempo y las condiciones en las que ocurrieron estos cambios.

Los estudios colaborativos sobre la formación del asteroide, realizados por 89 científicos de universidades e institutos de investigación de todo el mundo y publicados en Nature Geoscience, se centran en dos compuestos particulares: carbonato de calcio (calcita) y carbonato de calcio-magnesio (dolomita). Se postula que la fuente de carbono para estos carbonatos puede ser monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano y/o materia orgánica que pudo haberse formado en la nebulosa solar, la nube gaseosa de la que se cree que se originó el sistema solar.

Las muestras fueron inspeccionadas utilizando microscopios especializados en petrología (el estudio de las rocas), mediante los cuales se identificaron cristales de calcita (<10 micrómetros de tamaño) y dolomita (decenas de micrómetros), siendo esta última predominante en comparación.

Las mediciones de los isótopos de carbono y oxígeno (dos o más formas del mismo elemento con diferentes masas atómicas) ayudan a revelar la temperatura y las condiciones de oxígeno del entorno cuando se depositó el mineral. Estos valores fueron variables y mucho mayores que los de la calcita en la Tierra, con relaciones 18O/16O que son 24-46‰ (partes por mil) más altas y relaciones 13C/12C que son 65-108‰ más altas.

Por el contrario, las mediciones de dolomita fueron mucho más restringidas, siendo de 31-36‰ para 18O/16O y de 67-75‰ para 13C/12C. Como resultado, el equipo de investigación concluye que la calcita se formó primero en el asteroide en un amplio rango de temperaturas y condiciones de oxígeno, antes de que la dolomita cristalizara en un entorno mucho más restringido, con niveles estables de dióxido de carbono y estimaciones de temperatura de 37 ± 10°C. Estos hallazgos son únicos en los asteroides Ryugu e Ivunu, y no se han identificado en otros meteoritos hidratados hasta ahora.

La mayor variación en las relaciones de isótopos de oxígeno en los cristales de calcita se sugiere que se debe en parte a la formación de temperaturas que varían desde 0-150°C, pero no solo eso, ya que de lo contrario se esperaría que los isótopos de carbono mostraran una correlación positiva, lo cual no sucede. En cambio, los investigadores indican que el 18O/16O del agua y el 13C/12C de los iones de carbonato variaron a lo largo del tiempo y el espacio.

Como resultado, se plantea la hipótesis de que las relaciones 18O/16O eran más altas durante la formación temprana del sistema solar, antes de la alteración acuosa del asteroide, y que posteriormente han disminuido a medida que se formaban más cristales a través de interacciones agua-roca. La diferencia isotópica entre los cristales de calcita y los de dolomita se resuelve por el hecho de que la primera cristaliza a partir de fluidos menos 'evolucionados' antes que la segunda, donde el calcio también se disolvía más fácilmente en la roca que el magnesio.

Se consideran cuatro escenarios para explicar la variabilidad en 13C/12C: 1) fraccionamiento isotópico tipo Rayleigh, en el que los compuestos ricos en 12C se liberan preferentemente (como el metano), 2) cristalización fraccionada, donde la formación de carbonatos tempranos cambia la composición del reservorio restante a partir del cual pueden cristalizar carbonatos posteriores, 3) mezcla de múltiples reservorios de carbono con diferentes relaciones de 13C/12C, y 4) cambios causados por el oxígeno e hidrógeno en los isótopos que forman monóxido de carbono, dióxido de carbono y metano, a partir de los cuales se obtiene el carbono para los cristales.

De estos escenarios, se descarta el fraccionamiento isotópico tipo Rayleigh ya que provocaría relaciones de 13C/12C más altas en la dolomita formada a partir de fluidos más 'evolucionados', cuando se observa lo contrario en las muestras. De manera similar, se descarta la cristalización fraccionada, al igual que la mezcla de reservorios de carbono, ya que los tiempos de mezcla para el asteroide Ryugu serían demasiado cortos.

Therefore, it is the latter scenario of varying oxygen that is suggested as the main driver of changes in 13C/12C ratios. This resulted from the oxidation of iron in the rock by water and is measured based upon the production of hydrogen released from the water. The hypothesis matches observations of increasing iron in the meteorite with progressive alteration.

Overall, the 13C-rich environment is noted to be rare in the solar system beyond carbonates in meteorites and the research team suggest the parent body of the Ryugu meteorite formed within a cold fringe of the solar nebula.

Journal information: Nature Geoscience

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