Un estudio reveló por qué la Tierra y Marte, pese a nacer cerca del Sol, crecieron con rutas opuestas hace 4.500 millones de años

La cercanía entre la Tierra y Marte dentro del Sistema Solar sugería una historia de origen parecida. Ambos son planetas rocosos, surgieron hace unos 4.500 millones de años alrededor del Sol y atravesaron una etapa marcada por impactos, calor y acumulación de materia.

Sin embargo, un estudio propone que ambos planetas se formaron mediante mecanismos muy diferentes.

Una investigación dirigida por Anders Johansen, del Instituto Globe de la Universidad de Copenhague, y el profesor adjunto Haiyang Wang, reconstruyó parte de ese pasado remoto a partir de sodio, zinc y potasio.

Estos elementos se evaporan con facilidad cuando las temperaturas aumentan, por lo que su presencia actual permite estimar qué materiales llegaron a cada planeta y bajo qué condiciones se incorporaron.

El resultado desafía la expectativa de que dos mundos vecinos compartan una trayectoria casi idéntica. Según el trabajo, la Tierra reunió una porción mayoritaria de su masa a partir de grandes cuerpos jóvenes que acumularon partículas pequeñas, mientras Marte recibió el aporte dominante de planetesimales, bloques rocosos tempranos que chocaron entre sí durante la construcción del Sistema Solar interior.

“El resultado más sorprendente fue que la Tierra y Marte parecen haberse formado de maneras diferentes. Cabría esperar que dos planetas formados uno al lado del otro en el mismo sistema solar compartieran una historia de formación más similar”, afirma el profesor Anders Johansen, quien estudia la formación planetaria en el Instituto Globe de la Universidad de Copenhague y codirigió el nuevo estudio con el profesor adjunto Haiyang Wang.

La novedad no plantea dos rutas excluyentes. El modelo describe un esquema híbrido, en el que convivieron la acreción de guijarros y las colisiones entre planetesimales. La diferencia reside en el peso que cada proceso tuvo en cada mundo. Esa proporción ayuda a explicar por qué la composición química de los planetas rocosos no responde solo a la distancia respecto del Sol.

La Tierra recibió tres cuartas partes de su masa de protoplanetas

En los primeros millones de años del Sistema Solar, el disco de gas y polvo que rodeaba al Sol contenía partículas diminutas, rocas y cuerpos de mayor tamaño. Los denominados guijarros eran granos sólidos que el gas podía arrastrar hacia objetos con suficiente gravedad.

Cuando un cuerpo captaba ese flujo de material, su masa crecía con rapidez. Ese mecanismo recibió el nombre de acreción de guijarros.

El otro camino fue más violento y dependió de impactos entre planetesimales. Estos objetos, con tamaños mayores que los granos de polvo y menores que los planetas, surgieron al unirse materiales del disco protoplanetario. Sus colisiones aportaron masa, energía y nuevos minerales a los cuerpos que más tarde se transformaron en planetas.

Los cálculos indican que al menos el 75 % de la masa terrestre procede de dos protoplanetas cuya expansión dependió de la acreción de guijarros. Los planetesimales aportaron hasta un 25 % adicional. El análisis asocia parte de ese material con una composición similar a la de Vesta, uno de los grandes asteroides del cinturón situado entre Marte y Júpiter.

“Al menos el 75 por ciento de la masa de la Tierra parece tener su origen en dos planetas jóvenes, conocidos como protoplanetas, que crecieron por la acumulación de guijarros, mientras que los planetesimales contribuyeron con hasta un 25 por ciento. En cambio, aproximadamente tres cuartas partes de la masa de Marte parecen provenir de planetesimales, y el cuarto restante se origina por la acumulación de guijarros”, precisa el doctor Haiyang Wang.

La conclusión modifica una imagen frecuente sobre los planetas interiores. Durante décadas, las colisiones entre cuerpos grandes ocuparon un lugar central en las explicaciones sobre el crecimiento de la Tierra. El nuevo estudio no elimina ese mecanismo, pero le atribuye un aporte menor frente a la captura de partículas pequeñas. La Tierra habría consolidado su masa a partir de pocos embriones planetarios de gran tamaño, junto con una fracción de fragmentos rocosos.

Ese origen también se vincula con la pérdida de sustancias volátiles. A mayor temperatura, elementos como el sodio, el potasio y el zinc pasan con facilidad al estado gaseoso y abandonan los materiales sólidos. La cantidad que un planeta conserva actúa como un registro de los episodios térmicos y de los tipos de cuerpos que integraron su masa.

“Es una labor de investigación exhaustiva descifrar qué ocurrió entonces, cuando la mayor parte de las pruebas desaparecieron hace mucho tiempo. Pero incluso después de 4.500 millones de años, la composición de los mantos de la Tierra y Marte sigue siendo la misma. Se puede considerar como una huella del proceso de formación”, afirma Anders Johansen.

Marte conserva la señal de un crecimiento dominado por choques

El caso de Marte ofrece el contraste más marcado. Su composición de silicatos refleja un 27 ± 5 % de material captado por acreción de guijarros y un 73 ± 5 % de planetesimales similares a Vesta. La proporción invierte casi por completo el patrón terrestre y sitúa a los choques entre cuerpos sólidos como la fuente principal de su crecimiento.

Los investigadores combinaron las abundancias de elementos volátiles con simulaciones informáticas y un método de inferencia bayesiana. Esta herramienta compara distintas hipótesis con los datos disponibles y calcula cuáles se ajustan mejor a la composición de cada planeta. El objetivo consistió en conectar las huellas químicas que aún persisten en mantos y cortezas con los procesos físicos que operaron al inicio del Sistema Solar.

El modelo parte de una limitación inevitable: nadie conoce con precisión la composición original de todos los materiales que giraban alrededor del Sol hace 4.500 millones de años. Los autores modificaron esas condiciones iniciales para medir cuánto cambiaban sus resultados. Pese a esa incertidumbre, la distancia entre los dos escenarios se mantuvo.

La Tierra conservó un predominio de material asociado a protoplanetas nutridos por guijarros y Marte uno vinculado con planetesimales.

“Los porcentajes exactos pueden variar ligeramente, pero nuestros análisis indican consistentemente que la Tierra y Marte se formaron de dos maneras diferentes. Nuestro método proporciona una forma más precisa y directa de comprender la formación planetaria que el enfoque basado en isótopos, más utilizado y que a menudo puede interpretarse de múltiples maneras”, afirma Haiyang Wang.

Los isótopos, átomos de un mismo elemento con distinto número de neutrones, aportaron información decisiva para estudiar meteoritos y materiales planetarios. Sin embargo, su interpretación puede admitir varios escenarios. El enfoque centrado en volátiles busca sumar una señal complementaria: no solo pregunta de dónde llegó la materia, sino también cuánto calor recibió y qué sustancias perdió durante el proceso.

La importancia del estudio supera la comparación entre dos vecinos del Sistema Solar. Los astrónomos detectaron miles de planetas alrededor de otras estrellas, aunque su composición interna suele resultar difícil de determinar. Entender la relación entre los elementos volátiles y las rutas de crecimiento permitiría interpretar mejor la diversidad química de esos mundos rocosos.

Esa relación resulta relevante para las investigaciones sobre habitabilidad. El agua y otros compuestos necesarios para sostener ambientes aptos para la vida dependen, entre otros factores, de la capacidad de un planeta para retener sustancias volátiles.

Un mundo que pierde gran parte de ellas en su etapa de formación puede terminar con una historia geológica y atmosférica muy distinta a la de otro planeta de tamaño similar.

“Si comprendemos cómo los planetas pierden elementos volátiles durante su formación, también podremos predecir mejor la cantidad de agua y otras sustancias esenciales para la vida que finalmente retendrán”, afirma Anders Johansen.