Os Côndrulos e os Condritos - PARTE 2

FATIA DO METEORITO KRYMKA, CONDRITO LL3.1

Porque os condritos são relevantes para o estudo da meteorítica? Por que eles são as rochas mais antigas do Sistema Solar e guardam informações sobre geoquímica, distribuição isotópica e cosmoquímica do início da formação planetária, encerrando em seus conteúdos registros dos processos pré-planetários. O principal registro pré-planetário ocorre na forma de côndrulos, pequenas esferas de minerais ultramáficos ígneos gerados por processos enigmáticos que ocorreram na fase de disco protoplanetário do sistema solar. Para entender melhor os conceitos por trás dos côndrulos e os condritos recomendo ler antes o artigo anterior Os Côndrulos e os Condritos - PARTE 1.

A relevância dos condritos está nos seguintes fatos: Os componentes dos condritos providenciam registros dos processos que ocorreram no disco protoplanetário. Estes processos consistem de eventos de geração de côndrulos e CAIs, que ocorreram muito antes destes próprios objetos se aglutinarem nos planetesimais. As composições geoquímicas de rocha total dos condritos são similares ao Sol, ou à composição elementar medida por espectroscopia da fotosfera solar, ou seja, à distribuição cosmoquímica dos elementos químicos ou SAD (Standard Average Distribution - distribuição média padrão). Esta informação nos diz que os condritos representam material preservado do disco protoplanetário, material que não foi processado por eventos geológicos nos corpos parentais, que geraram os meteoritos acondritos, principalmente as rochas ígneas asteroidais. Análises principalmente de condritos carbonáceos revelam as inclusões refratárias cálcio-aluminosas, ou CAIs, que são aglomerados de minerais de alta temperatura, normalmente espinélios e óxidos de cálcio, alumínio, titânio e magnésio, os primeiros sólidos a condensarem a partir do plasma quente da nebulosa solar. Datação pelo método radiométrico chumbo-chumbo providenciou a idade mais precisa para esses materiais revelando 4,6 bilhões de anos para as CAIs, sendo estes os sólidos mais antigos do Sistema Solar. 

GRÁFICO DA CONDENSAÇÃO CALCULADA DAS FASES MINERAIS A PARTIR DE UMA COMPOSIÇÃO SOLAR (SAD - STANDARD AVERAGE DISTRIBUTION) MOSTRANDO QUE AS FASES DE MAIS ALTA TEMPERATURA, RICAS EM CA, AL, TI E MG FORMARAM AS CAIs (CALCIUM-ALUMINIUM RICH INCLUSIONS), OS SÓLIDOS MAIS ANTIGOS DO SISTEMA SOLAR. A POEIRA PROTOPLANETÁRIA PROCESSADA, JUNTAMENTE DE MINERAIS CONDENSADOS A PARTIR DO PLASMA DA NEBULOSA SOLAR, FORAM AQUECIDOS E TRANSFORMADOS EM GOTÍCULAS DE MATERIAL ÍGNEO QUE SOLIDIFICOU PARA FORMAR OS CÔNDRULOS. 

Os condritos encerram em si os côndrulos, CAIs e matriz. Esta última, nos condritos desequilibrados ou primitivos, representa poeira protoplanetária e mesostasis que se aglutinaram junto dos côndrulos e CAIs para formar os planetesimais dos condritos. Os côndrulos mais bem preservados foram datados com idades máximas de 3 milhões de anos após a formação das CAIs, indicando que os côndrulos começaram a se formar junto das CAIs e continuaram a ser produzidos e misturados no disco protoplanetário por 3 milhões de anos. Isto significa que os materiais mais importantes para a formação planetária se formaram apenas nos primeiros três milhões de anos de história do sistema solar. Vimos que os condritos carbonáceos são os mais primitivos dentre os condritos, no que diz respeito à similaridade em composição cosmoquímica com a composição da nebulosa solar, especialmente os condritos CI e CM. Estes encerram em suas matrizes finas de origem protoplanetária grãos pré-solares tais como a moissanita, grafita, carbeto de titânio e nanodiamantes, silicatos pré-solares tais como enstatita e olivina forsterita e material carbonáceo, principalmente na forma de moléculas orgânicas extraterrestres, tanto de origem interestelar, ou seja, pré-solar, quanto alteradas por processos posteriores nos asteroides parentais desses condritos carbonáceos. A questão da presença de moléculas orgânicas nos condritos carbonáceos levou os pesquisadores a especularem que estes meteoritos podem ter sido os responsáveis por semear a Terra com os ingredientes essenciais para a origem e evolução bioquímica da vida. Evidências petrológicas através de petrografia e geoquímica exaustiva nos condritos CI e CM demonstram que seus asteroides parentais passaram por processos pós-planetários de alteração aquosa de baixa temperatura, da mesma forma que os asteroides parentais dos condritos ordinários passaram por extensos processos de metamorfismo termal com modificação de suas texturas originais. Os condritos alterados por processos de baixa temperatura e por metamorfismo termal perderam a informação isotópica e geoquímica original de seus côndrulos e não podem ser utilizados para se estudar os côndrulos separadamente. Os condritos ideais para estudar os côndrulos à parte são os condritos primitivos, aqueles que não passaram por alteração aquosa e nem por metamofismo termal e estes condritos são do tipo petrológico 3.

Um dos dados interessantes sobre os côndrulos são as variadas composições químicas que eles possuem quando plotamos num gráfico, por exemplo, do percentual em massa de óxido de magnésio versus dióxido de silício. As fases minerais que também ocorrem em todos os côndrulos e que não foram citadas na Parte 1 deste artigo são ferro-níquel metálico e troilita. Estes dois representam fases de condensação de temperatura mais baixa que os silicatos ferromagnesianos. Entretanto, devemos lembrar de que os côndrulos são pequenas rochas ígneas de forma esferoidal que foram geradas por processos de aquecimento que ocorreram na poeira protoplanetária que foi condensada e misturada a partir da nebulosa solar. Diante destes fatos os côndrulos representam um quebra-cabeças formidável para os petrólogos experimentais. Para reproduzir o ambiente de formação dos côndrulos os pesquisadores tiveram de controlar pressão, temperatura e composição química para que os côndrulos produzidos em laboratório apresentassem semelhança com as texturas naturais observadas nos condritos.

Resultados experimentais demonstraram que os côndrulos de olivina barrada e os de piroxênio radial se formam apenas quando as gotas estão completamente fundidas e a taxa de resfriamento foi calculada dentro de uma ampla faixa de 0,1 ºC/hora até 100ºC/hora. Os côndrulos deste tipo tiveram de estar líquidos a uma temperatura de 1750 ºC até 2200 ºC, dependendo da composição ditada no experimento. Côndrulos porfiríticos devem ter sido parcialmente fundidos, permanecendo alguns cristais sólidos. Outros côndrulos são empobrecidos em elementos químicos voláteis como sódio, potássio e enxofre. Tais côndrulos apresentam pouca mesostasis e pouca troilita. O processo de aquecimento dos côndrulos teve de ser relativamente rápido e eficiente para produzir uma gama de texturas ígneas diferenciadas, e o processo de resfriamento teve de ser lento o suficiente, talvez através de um mecanismo de insulação térmica, talvez em meio a densas nuvens de poeira cósmica no disco protoplanetário. A poeira cósmica, partículas de silicatos de granulação fina, com micrômetros a nanômetros de tamanhos, têm uma área de superfície maior e, portanto, seriam menos afetadas pelo processo de aquecimento que gerou as gotículas ígneas progenitoras dos côndrulos. A poeira deve ter sido um eficiente isolante térmico para fazer o processo de resfriamento dos côndrulos ser lento o suficiente para gerar as texturas de grandes cristais observados na petrografia. 

DIAGRAMA MOSTRANDO UM DOS PRINCIPAIS MECANISMOS ACEITOS PELA COMUNIDADE CIENTÍFICA DE COMO OS CÔNDRULOS SE FORMARAM POR PROCESSAMENTO TÉRMICO PRÓXIMO DO PROTOSSOL, OS CÔNDRULOS FORAM SEPARADOS POR VENTOS SOLARES E CAMPOS MAGNÉTICOS, ISTO EXPLICARIA A SEGREGAÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS CÔNDRULOS. OS PLANETESIMAIS SE FORMARAM PELA AGLUTINAÇÃO DE POEIRA PROTOPLANETÁRIA, CÔNDRULOS E CAIs. OS CÔNDRULOS SERIAM MATERIAL PRÉ PLANETESIMAL NESTE MODELO.

A pergunta que se faz agora é: Quais são os mecanismos de geração dos côndrulos? Existem vários modelos propostos para explicar como os côndrulos se formaram, adotando duas linhas de visão principais: Uma defendendo os côndrulos como produtos de processos protoplanetários na fase pré acrecionária dos planetesimais e a outra defendendo que os côndrulos são produtos finais da acreção planetesimal, especificamente produtos de colisões de alta velocidade entre os planetesimais gerando os côndrulos, sendo estes produto final da história inicial do disco protoplanetário e não material primordial anterior à formação dos planetesimais. Ambas as visões têm suas vantagens e desvantagens porque conseguem explicar um aspecto dos côndrulos e outro não. Os modelos propostos dos côndrulos como matéria primordial da formação pré planetesimal explica as variadas composições dos côndrulos, mas não suas texturas e as taxas de aquecimento e resfriamento determinadas experimentalmente. Os modelos que propõem os côndrulos como produto final da colisão de planetesimais explicam como os côndrulos desenvolveram suas texturas, mas não dá muitas informações sobre como se deu a variabilidade da composição química deles, além disso não explica o grande mistério de como todos os tipos composicionais de côndrulos estão presentes em praticamente todos os grupos de condritos. A presença de fragmentos de côndrulos, cristais de olivina quebrados inseridos dentro de côndrulos e côndrulos fundidos mostra que estes objetos foram retrabalhados no disco protoplanetário. Ainda outra relevante evidência observada nos condritos são as de que cada grupo químico possui uma diferente distribuição granulométrica de côndrulos. Por exemplo, os condritos do grupo químico L possuem população de côndrulos com diâmetro médio maior do que a população de côndrulos do grupo químico H. Outros condritos, como os do grupo CI, não possuem côndrulos. Que mecanismo produziu a segregação e seleção granulométrica dos côndrulos no disco protoplanetário? (Ver modelo  proposto na imagem anterior).

Antes de considerarmos os modelos propostos mais conhecidos de formação dos côndrulos é preciso compreender melhor o que é um disco protoplanetário. A teoria corrente mais aceita por dados observacionais e experimentais numéricos e laboratoriais é a da nebulosa primordial que originou o Sistema Solar. A teoria afirma que uma nuvem molecular dentro de uma nebulosa começa a colapsar por sua própria gravidade quando uma região da nuvem torna-se densa o suficiente e/ou é compressionada por ondas de choque geradas por uma supernova próxima, fazendo com o gás e a poeira interestelar se desestabilizem gravitacionalmente iniciando o colapso. À medida que parte da nuvem molecular colapsa gravitacionalmente, a conservação do momentum angular faz a nuvem aumentar sua rotação intrínseca fazendo com que as partículas interestelares e o gás comecem a friccionar entre si gerando um disco de gás e poeira cada vez mais achatado e no centro do disco começa a se formar um embrião estelar. A região central do disco de gás e poeira cósmica atinge massa e pressão interna suficientes para iniciar o processo de fusão nuclear do hidrogênio gerando energia que converte o gás quente em plasma fazendo o embrião estelar começar a emitir luz e radiação infravermelha e nesta fase o caroço denso de gás quente no centro do disco de acreção é denominado de protoestrela. 

IMAGENS REAIS DE TELESCÓPIO EM INFRAVERMELHO DE TRÊS DISCOS PROTOPLANETÁRIOS, MOSTRANDO A TÍPICA ESTRUTURA DE MATERIAL MAIS ESCURO, RICO EM POEIRA CÓSMICA MINERAL E MATERIAL FINO CARBONÁCEO, E PONTOS BRILHANTES ONDE PODEM ESTAR OCORRENDO PROCESSOS TERMAIS. SERÁ QUE CÔNDRULOS ESTÃO SE FORMANDO NESTES DISCOS PROTOPLANETÁRIOS?

A protoestrela desenvolve poderosos campos magnéticos que se retorcem com a rotação do sistema. Muitos discos protoplanetários imageados por telescópio em nuvens moleculares apresentam jatos de gás em ambas as direções perpendicular ao disco, tais jatos foram denominados de objetos de Herbig-Haro, evidenciando a forte influência de campos magnéticos nas fases de formação de planetesimais. A estrela nesta fase inicial ativa foi chamada de Estágio T-Tauri. O disco de acreção em volta da estrela, composto de material original da nebulosa que colapsou, é denominado disco protoplanetário, onde começam os eventos de processamento térmico e aglutinação da poeira cósmica em planetesimais e posteriormente acreção planetária formando os planetas em volta da estrela. Os processos discutidos com respeito à formação dos côndrulos ocorreram no disco protoplanetário, quando o sistema solar tinha apenas alguns milhões de anos de idade e o Sol era uma protoestrela muito ativa magneticamente, produzindo ondas de choque que poderiam ter ocasionado o pré-aquecimento das partículas no disco protoplanetário gerando posteriormente os côndrulos. 

IMAGENS DO TELESCÓPIO ESPACIAL HUBBLE DE UM OBJETO HERBIG-HARO JATOS BIPOLARES DE GÁS E POEIRA LANÇADOS PELA ATIVIDADE MAGNÉTICA DE UMA PROTOESTRELA.

Os modelos propostos para a formação dos côndrulos consideram a fase do protossol ativo e neste cenário os côndrulos foram gerados a partir do aquecimento e fusão de partículas protoplanetárias que se aproximavam muito do protossol sendo convertidas e aglutinadas em gotículas ígneas que depois eram retrabalhadas pela rotação do gás e da poeira no disco. Este modelo não explica como pode ter ocorrido o lento resfriamento dos côndrulos necessário para produzir as texturas observadas. A outra hipótese considera que os côndrulos foram gerados por impactos entre planetesimais. Nesta visão os planetesimais foram formados pela aglutinação gravitacional das partículas sólidas do disco protoplanetário e depois colidiram uns com os outros gerando calor suficiente que vaporizou muito material que passou a ser expelido em jatos gerando as gotículas magmáticas que resfriaram formando os côndrulos. Este modelo de impacto entre planetesimais explicam os côndrulos como produtos pós planetesimais e não como partículas primordiais do disco protoplanetário. Pode existir um fundo de verdade neste modelo quando observamos os condritos carbonáceos do grupo CB. Estes estranhos e raros meteoritos contêm côndrulos ricos em minerais refratários enriquecidos nos isótopos pesados nitrogênio-15 e deutério, indicando que estes condritos são resíduos de material evaporado que ressolidificou; também existem côndrulos inteiramente feitos de ferro-níquel e tais côndrulos foram datados como mais jovens que os demais e foram explicados como tendo sido formados em impactos posteriores entre planetesimais que geraram energia suficiente para fundir o material lançado no espaço e formar gotículas ígneas que se aglutinaram novamente formando os condritos CB. 

FATIA DO METEORITO GUJBA, UM CONDRITO CARBONÁCEO DO GRUPO CB. OBSERVAR OS MÚLTIPLOS CÔNDRULOS TOTALMENTE DE FERRO-NÍQUEL METÁLICO, E OS CÔNDRULOS SILICÁTICOS. ESTE METEORITO POSSUI ASSINATURA ISOTÓPICA POSITIVA PARA ISÓTOPOS PESADOS DE NITROGÊNIO E DEUTÉRIO, POSSUEM EMPOBRECIMENTO GEOQUÍMICO RELATIVO DE ELEMENTOS LITÓFILOS VOLÁTEIS COMO SÓDIO, POTÁSSIO, CHUMBO, TÁLIO E MANGANÊS. O MODELO PARA EXPLICAR A FORMAÇÃO DESTE CONDRITO INVOCA UMA COLISÃO DE ALTA VELOCIDADE ENTRE PLANETESIMAIS, O MATERIAL VAPORIZADO FOI CONDENSADO NA FORMA DE GOTÍCULAS, OS CÔNDRULOS QUE AQUI SE APRESENTAM NESTE METEORITO.

O outro modelo proposto invoca ondas de choque geradas pelo material acrecionado no disco protoplanetário gerando ondas de pressão que provocaram a aglutinação e aquecimento de partículas sólidas produzindo os côndrulos. Também neste modelo se invoca descargas elétricas em meio ao plasma do protossol que forneceu calor suficiente para fundir a poeira cósmica e gerar gotículas de minerais ígneos, os côndrulos. Uma alternativa a esta visão foi proposta em que os côndrulos se formaram após a acreção planetária. Modelos propostos para a formação planetária indicam que Marte foi formado nos primeiros quatro milhões de anos do sistema solar, sendo este um dos protoplanetas sobreviventes das múltiplas colisões da fase de acreção planetária. Então Marte recém-formado ainda permeava em um disco rico em gás e poeira e ao descrever sua órbita em torno do protossol gerava vácuo em seu caminho aglutinando o gás e a poeira atrás de si onde modelos de computador indicam que a compressão gerada pela passagem de um protoplaneta na nebulosa poderia aglutinar e fundir partículas sólidas e gerar os côndrulos. 

DIAGRAMA MOSTRANDO UM MODELO DE FORMAÇÃO PÓS ACREÇÃO PLANETESIMAL DOS CÔNDRULOS ONDE ESTES SÃO GERADOS POR IMPACTOS DE ALTA VELOCIDADE ENTRE PLANETESIMAIS, AQUI O MODELO INCORPORA O CONCEITO DE GRAU DE METAMORFISMO TERMAL NOS CORPOS PARENTAIS NUMA SITUAÇÃO DE PÓS AGLUTINAÇÃO DOS CÔNDRULOS EM NOVOS CORPOS PARENTAIS.

Nenhum destes mecanismos citados funciona sozinho e nem pode ser verificado para a formação dos côndrulos. Para se constatar como os côndrulos realmente se formam e se são produtos inevitáveis da formação planetária, será preciso aprimorar observações astronômicas de outros discos protoplanetários em berçários estelares e tentar concluir pelo menos se côndrulos estão se formando nestes jovens sistemas estelares. Analisar outros discos protoplanetários em nossa galáxia poderá no futuro próximo lançar luz na questão de se os côndrulos são consequência inevitável de eventos que ocorrem antes da acreção planetesimal ou se são produtos finais de colisões entre planetesimais ou de aglutinação de material protoplanetário após a formação de protoplanetas. Dados de ondas de rádio e telescópios espaciais observando o Universo no espectro infravermelho mostram que discos protoplanetários possuem intensa atividade magnética e são densamente povoados por partículas com tamanhos superiores a 1 micrômetro. Estas partículas podem ser fortes candidatas a côndrulos. Ainda há muitas perguntas sem respostas sobre a formação planetária, o que se sabe é que as colisões cósmicas, isto é, colisões entre protoplanetas, é um processo necessário para a geração de planetas e os côndrulos podem ser, afinal de contas, os produtos destas múltiplas colisões que aconteceram entre os planetesimais no início do sistema solar. A existência de corpos parentais acondríticos com idades tão antigas quanto as CAIs evidenciada pelos meteoritos acondritos angritos nos motra que os côndrulos podem realmente ser produto de colisões planetesimais. No futuro teremos mais informação vinda do céu, tanto na forma de novos meteoritos quanto na forma de dados e amostras trazidos de sondas espaciais. Um vislumbre disto foi a missão Hayabusa, da Agência Espacial Japonesa, que conseguiu provar que a composição do asteroide Itokawa é condrítica. Novas missões não tripuladas para os asteroides e cometas são fundamentais para desvendarmos os mistérios da formação e evolução dos materiais planetários, sondas tais como a Dawn, Rosetta e Osiris-REX.