Diminuts zircons permeten datar l’escorça primitiva de la Terra i de la Lluna

És força conegut que, gràcies a la tasca encomiable dels astronautes de les missions Apollo, hem pogut respondre una pregunta que ha estat sempre rondant la humanitat: com es va formar la Lluna?

El nostre infatigable satèl·lit ha acompanyat les nits reflexives de la humanitat i guardava a les seves roques un preciós secret: es va formar d’un gran impacte de la Terra primigènia amb un embrió planetari de la mida de Mart que anomenem Teia. Això va esdevenir fa uns 4.500 milions d’anys (Ma) i ara ho podem conèixer amb molta precisió gràcies a uns petits grans minerals de zircó (ZrSiO₄).

Estem totalment convençuts d’aquest origen comú del sistema binari Terra-Lluna perquè la prova definitiva són els quocients d’isòtops d’oxigen que formen les roques d’ambdós cossos planetaris. Terra i Lluna comparteixen les mateixes proporcions isotòpiques d’oxigen, la qual cosa demostra que la Lluna va sorgir fruit d’aquell encontre entre embrions planetaris (Fig. 1).

Figura 1. La formació de la Lluna va tenir lloc després de l’impacte de Teia, un embrió planetari de la mida de Mart, contra la proto-Terra fa més de 4.460 milions d’anys – Imatge: NASA

Greer et al. (2023) i Zhang et al. (2023) acaben de publicar els darrers resultats de l’estudi de petits zircons, molt resistents al metamorfisme i retentius de les seves condicions de formació. Aquests diminuts zircons constitueixen les úniques proves sòlides que tenim de l’escorça primitiva de la Terra i de la Lluna, quan ambdues tenien oceans de magma a les seves superfícies.

Al nostre Laboratori de Meteorits i Mostres Retornades de l’Institut de Ciències de l’Espai (CSIC-IEEC) també fa més d’una dècada que estudiem roques lunars i formem joves investigadors en l’estudi d’aquests materials.

Tenim especial interès en l’estudi de roques que ens arriben des del nostre satèl·lit natural llançades per l’impacte d’un asteroide contra la seva superfície. Des de les parets del cràter que excava l’asteroide, l’ona de xoc és capaç de llançar roques fora del camp gravitatori de la Lluna que normalment queden dins de l’òrbita terrestre i arriben al nostre planeta en escales temporals força breus.

En aquest sentit, també estudiem si les seves propietats físiques són molt diferents a les dels meteorits lunars retornats a la Terra.

La història dels zircons

Els zircons són tan resistents que permeten mostrejar les condicions de formació de les primeres roques terrestres i lunars, aquelles de les quals van formar part.

Òbviament, aquestes roques ja no existeixen a la Terra degut al reciclatge continu de l’escorça terrestre per la tectònica de plaques. Així, les roques més antigues que coneixem a la Terra només tenen uns 3.900 Ma. Tanmateix, estudiant-les detingudament, es comprova que preserven antics zircons que s’han pogut datar en edats compreses entre els 4.400 i els 3.800 Ma, dins del que es coneix com el període Eó Hadeic.

Aquests diminuts grans conserven múltiples empremtes químiques que permeten reconstruir l’entorn de la Terra en aquest estadi primigeni. Un exemple de zircó contingut en una roca formada posteriorment apareix a la figura 2.

Figura 2. Una secció prima d’una roca dels turons Jack d’Austràlia Occidental. Un microscopi de polarització permet revelar dins de la intricada estructura interna del quars que compon la roca diminuts zircons tan antics que precedeixen la formació de la pròpia roca en la qual estan embeguts (mineral magenta al centre de la imatge ampliada a la dreta) – Imatge: Michael Ackerson, Smithsonian

L’escorça terrestre primigènia era formada pels anomenats protòlits, formats per roques silíciques oxidades i riques en aigua. La formació de zircons apunta a la rellevància de l’alteració aquosa en aquell entorn, on les roques solidificades interactuaven amb aigües superficials a relativament baixa temperatura.

Zircons en roques lunars

Donada la rellevància dels zircons i la possibilitat de datar-los gràcies als seus continguts en urani i plom, la comunitat científica fa temps que els ha identificat en roques lunars recollides pels astronautes de les missions Apollo, però també en meteorits.

Recentment, la geoquímica de la Universitat de Glasgow Jennika Greer ha publicat un estudi detallat d’un dels zircons continguts en la bretxa lunar 72255, recollida per l’Apollo-17. L’equip de Greer ha obtingut la datació radiomètrica d’urani-plom en un zircó de 4460 ± 31 Ma, cosa que el converteix en el més antic reportat fins ara. Van investigar un gra de zircó identificat en un treball previ per Bidong Zhang, investigador de la Universitat de Califòrnia, mitjançant tomografia de sonda atòmica.

Per assegurar-se que el zircó no havia estat alterar tèrmicament des de la seva formació van fer servir una nova tècnica d’anàlisi de resolució espacial atòmica dels grans minerals individuals (Fig. 3). Així han demostrat la pristinitat del zircó i la seva primerenca edat de formació.

La datació aconseguida és històrica perquè, de fet, retarda l’edat de la primera escorça lunar en uns 40 milions d’anys: la Lluna s’hauria format abans del que es pensava.

Això ens indica que l’impacte de Teia contra la Terra va haver d’ocórrer dins dels 110 milions d’anys després de la formació dels primers sòlids que s’han datat en el sistema solar, les anomenades inclusions refractàries de calci i alumini, conegudes per l’acrònim CAIs. Aquestes, contingudes als meteorits condrítics, parlen que el nostre sistema solar té uns 4.568 Ma.

Com veiem, les tècniques de datació ens desvelen l’origen dels primers sòlids, però també el tortuós passat dels planetes.

BIBLIOGRAFIA:

Greer J., B. Zhang, D. Isheim, D.N. Seidman, A. Bouvier, and P.R. Heck (2023) “4.46 Ga zircons anchor chronology of lunar magma ocean”. Geochemical Perspectives Letters v27 (https://doi.org/10.7185/geochemlet.2334)

Trigo Rodríguez J.M. (2012) Las raíces cósmicas de la vida,  Ediciones UAB, Bellaterra, Barcelona, 242 págs. ISBN: 978-84-939695-2-3

Zhang B., Yangting Lin, Jialong Hao, Devin L. Schrader, Meenakshi Wadhwa, Randy L. Korotev, William K. Hartmann, Audrey Bouvier (2023) “SIMS U-Pb dating of micro-zircons in the lunar meteorites Dhofar 1528 and Dhofar 1627”, Meteoritics & Planetary Science (https://doi.org/10.1111/maps.14078)