Adam Sarafian veio para Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) como estudante de pós-graduação para aprender como a Terra obteve o seu oceano em primeiro lugar.

“A grande questão é, como e quando é que o planeta obteve a sua água?” disse Horst Marschall, um dos conselheiros de doutoramento de Sarafian no WHOI. “Todos os povos têm mitos sobre a proveniência da água. No Génesis no Antigo Testamento, nos mitos nórdicos, e nos mitos gregos também – é uma pergunta antiga”

Indeed, é uma das perguntas mais antigas do sistema solar, e há duas respostas possíveis, disse Sarafian: “Ou a Terra estava formada e seca, ali sentada, à espera de água, e a água vinha de cometas ou outros corpos húmidos que atingiram a Terra relativamente tarde na história. Ou, a água veio de dentro da Terra, o que significa que a Terra recebeu a sua água enquanto a Terra ainda estava a formar-se, e depois os vulcões libertaram vapor e outros compostos contendo água para a superfície”

Ironicamente, as respostas ao mistério não estavam na água líquida, mas em rochas sólidas. Sarafian e os seus colegas seguiram um caminho meticuloso para extrair provas de amostras raras de meteoritos antigos que tinham caído na Terra.

Mas Sarafian não era estranho à persistência. Ele superou uma dificuldade de aprendizagem que o tornava difícil de ler e de ultrapassar as alturas como um salto de vara All-American, antes de lançar uma carreira científica que lhe permitiu agora atirar-se através do universo e regressar através do tempo ao período em que a Terra ainda estava a formar-se.

Altura e obstáculos

Na terceira classe, Sarafian foi diagnosticado com uma dificuldade de aprendizagem. “Não consegui realmente ler um parágrafo e saber o que o parágrafo dizia – qualquer parágrafo”, disse ele. “Em vez de fazer eletivas, tive aulas de educação especial. Tem sido uma luta durante toda a escola – apenas tentando conseguir que eu fosse capaz de ler”

Mas ele conseguiu ser bastante bom no atletismo. “A minha mãe tem uma escola de ginástica em Eatontown, New Jersey”, disse ele. “Cresci no ginásio. Andei por lá e brinquei quando a minha mãe estava a trabalhar”

O treinador de atletismo do seu liceu persuadiu-o a experimentar o salto à vara, e numa cotovia, ele fez.

“No meu ano de júnior, defini o meu objectivo de ganhar os campeonatos estaduais”, disse ele. “Por isso treinei sem parar”

“Adam foi meticuloso na sua preparação e atenção aos detalhes”, disse o seu treinador, Mark DeSomma. “Ele conhecia todas as regras e regulamentos”. Na nossa reunião do campeonato da conferência, ele informou o director da reunião que o pole vault pit não era um regulamento. O director da reunião disse-lhe: “Filho, podes escolher saltar ou não saltar, mas esse é o nosso poço e não vai a lado nenhum”. “

Sarafian procedeu à quebra do recorde estatal de 16 pés e 6 polegadas, que se mantinha há 25 anos. Depois continuou a saltar 17 pés 4½ polegadas na reunião do campeonato da conferência, saltando sobre o recorde por um espantoso 10½ polegadas.

Que lhe valeu uma bolsa de estudos de salto à vara para a Universidade da Geórgia, onde se tornou um All-American NCAA. No entanto, no seu último ano, lesões montadas.

“Parti a minha mão, quando parti um poste. E eu disse: “É o meu último ano, mais vale continuar. Vamos colar a mão para cima, vai ficar bem’. Depois, no final da época, os meus pés começaram a doer-me imenso”. Sarafian completou os seus últimos dois meses de carreira de atletismo com fracturas em ambos os pés.

Track e trabalho de campo

No encontro do campeonato regional, Sarafian mal conseguia andar. “Depois de cada salto, nem sequer conseguia andar fora do tapete. Eu rastejava. Pensei: ‘Bem, não vou fazer os nacionais, mas tem sido uma boa viagem’. “

Ele estava um pouco aliviado por outra razão. Na faculdade, tinha começado a desenvolver outra paixão: a geologia. A licenciatura em geologia exigiu dois meses de trabalho de campo, que começou aproximadamente na mesma altura em que o campeonato nacional se reuniu. “Depois o funcionário aparece e diz: ‘Conseguiste chegar aos nacionais!”. “

Nos preliminares aos nacionais, os seus pés estavam tão inchados que usava um sapato maior.

Os seus pés doíam tanto, que só conseguia aguentar pequenos percursos até à barra. “Eu estava tipo, ‘Muito bem, último salto, é agora! Fi-lo, e disse: “Pelo menos consegui chegar aos preliminares nacionais”. Então o oficial aproxima-se e diz: ‘Conseguiste chegar à final!’ e eu digo: ‘Nãooooo! Tenho de ir fazer trabalho de campo’. “

No entanto, no último minuto, ele foi cortado da competição. “Foi agridoce ser cortado, mas eu sabia que não estava de todo no meu topo, e o meu corpo estava a partir-se. Assisti às finais e aplaudi todos os meus amigos. Dois dias depois, estava no Alasca a usar botas de caminhada, a escalar montanhas, a fazer trabalho de campo geológico”

“O evento de salto à vara”, disse DeSomma, “é repetitivo, medido, com muitos dias frustrantes, tentativas falhadas por pouco, e fracasso após fracasso, até àqueles momentos surpreendentes de sucesso. A personalidade de Adam foi uma busca incessante da excelência”

Sarafian canalizou essa energia para a sua carreira científica pós-vaulting.

No início

A questão sobre a origem da água da Terra surgiu pela primeira vez nas aulas de graduação de Sarafian e continuou enquanto ele prosseguia um mestrado na Geórgia. “A resposta foi sempre ‘não sabemos! ” disse ele.

Nos dias nascentes do nosso sistema solar há cerca de 4,6 mil milhões de anos, a Terra e outros protoplanetas ainda estavam a tomar forma, explicou Sarafian. A uma certa distância do sol, estava demasiado quente para a água permanecer estável, e qualquer vapor teria sido soprado pelos ventos solares. Para além de uma distância suficientemente distante do sol, chamada “linha de neve”, a água poderia existir sob a forma de gelo. Ao redor da borda interna da linha de neve havia uma faixa de asteróides que incluía uma grande faixa chamada Vesta. “É quase como um planeta que não se formava completamente”, disse ele.

A cerca de 15 anos atrás, “os cientistas começaram a pensar que talvez a água da Terra viesse de condritos carbonáceos”, disse Sarafian. Estes são um tipo de meteorito que contém muita água. A hipótese era que a órbita do vasto protoJúpiter começou a aproximar-se do sol. “Júpiter disse: ‘Saiam do meu caminho’ e todos estes condritos carbonáceos ricos em água fora da linha de neve foram lançados em direcção ao sol, e todos os planetas interiores, Mercúrio, Vénus, Terra, e Marte. Eles batiam na Vesta ou mesmo na Terra e eram incorporados nas rochas dos planetas interiores nos primeiros 20 milhões de anos de formação do sistema solar”

Então os cientistas começaram a comparar a água da Terra com a água dos condritos carbonáceos. A chave é o hidrogénio, o elemento mais abundante no universo. O hidrogénio tem dois isótopos – o hidrogénio normal, com uma massa de um, e o deutério ou “hidrogénio pesado”, com uma massa de dois. A proporção destes isótopos difere em diferentes partes do sistema solar. O sol é feito principalmente de hidrogénio normal. Mas os cometas, feitos principalmente de rocha e gelo, formaram-se muito mais longe do sol e são mais ricos em deutério. O hidrogénio na água da Terra está algures entre o sol e os cometas.

Medições de isótopos de hidrogénio em condritos carbonáceos combinam muito bem com a água da Terra. Isso deu credibilidade à ideia de que a água da Terra provinha dos condritos. Mas quando é que isto ocorreu? O problema era que os condritos podiam ter trazido água cedo, batendo no planeta em crescimento, ou tarde, pelando a Terra depois da sua formação. Para saber, os cientistas precisavam de encontrar água nas rochas que se formaram muito cedo, na mesma região e no mesmo tempo que a Terra.

Uma fonte promissora era um tipo de rocha chamada eucrites. Estes são pedaços do asteróide Vesta que caíram na Terra sob a forma de meteoritos.

“Vesta congelou completamente e trancou cerca de 14 milhões de anos após o início do sistema solar, de modo que recebeu toda a sua água antes disso”, disse Sarafian. “Na altura, a Terra tinha um quarto a metade do seu tamanho e continuava a crescer”

Para prosseguir a sua busca, Sarafian precisava de saltar dois obstáculos: Ele precisava de obter amostras raras de eucritas, e precisava de encontrar uma forma de medir a água nelas.

Um apetite por apatias

Para obter eucritas, Sarafian solicitou instituições que recolhem amostras de meteoritos, tais como a NASA, a Instituição Smithsonian, e o Museu Americano de História Natural.

“Não é assim tão fácil”, disse Marschall. “É preciso convencê-los de que vale a pena fazer o que se quer fazer”. Ele convenceu-os, como estudante, sem sequer o apoio de uma instituição. Aprecio muito o impulso e a motivação de Adam”

P>Próximo veio a medida. Ao contrário dos condritos, que são rochas sedimentares ricas em água, Vesta e eucrites são feitas de basalto, muito parecido com a rocha que compõe o fundo do mar.

Sarafian aprendeu que o geólogo WHOI Nobu Shimizu tinha desenvolvido uma técnica para medir a água presa em bolsas de vidro em rochas basálticas do fundo do mar, utilizando a Instalação Nacional de Micro-sondas Íon do Nordeste do WHOI. Sarafian queria medir água em outro mineral comum tanto em rochas do fundo do mar como em meteoritos: apatite. Então ele perguntou a Shimizu e ao geólogo Henry Dick do WHOI se podia passar o Verão no WHOI como estudante convidado a trabalhar com eles “para pegar na técnica que já tinham e moldá-la para medir água em apatites”

“Muitas pessoas no campo planetário provavelmente teriam dito, “Não se deve medir que os-eucritas não têm água neles”,” disse Sarafian. Mas para a sua investigação de mestrado na Geórgia, ele relatou pela primeira vez a presença de água em eucrites.

Essa proeza levou-o inexoravelmente à pergunta seguinte: Qual é a fonte da água? O que o levou a outra barra alta a impedir: medir isótopos de hidrogénio em concentrações extremamente baixas de água.

Água, água em todo o lado

Após o seu mestrado, Sarafian regressou naturalmente ao WHOI. Enquanto esteve aqui, conheceu Marschall e outro geólogo do WHOI, Sune Nielsen. Eles aceitaram-no como estudante convidado, durante mais um Verão e depois um ano, para continuar a sua pesquisa enquanto ele se candidatava a entrar no Programa Conjunto MIT-WHOI. Os dois são agora co-conselheiros de Sarafian para a sua investigação de doutoramento.

“Também temos uma técnica de laboratório fantástica na instalação de microssondas iónicas chamada Brian Monteleone”, disse Sarafian, “e começámos a descobrir como íamos fazer as medições. Brian diz sempre que os seus projectos favoritos são onde estamos a empurrar a nossa máquina para os seus próprios limites”

Existem dois problemas. Primeiro, “estamos a medir uma quantidade mínima de água de meteorito, e temos de ter a certeza de que não estamos a medir mais nada”. Estamos constantemente a pensar que não queremos estar a medir nenhuma água da Terra. E há água em todo o lado na Terra. Temos de descontaminar a máquina o melhor que pudermos”

P>Põem as amostras sob um poderoso vácuo durante uma ou duas semanas para sugar a água. Depois as amostras vão para a microssonda iónica sob condições de ultra-alto vácuo que sugam praticamente todo o ar e água. Praticamente todas. Os investigadores ainda têm de fazer medições meticulosas de concentrações extremamente baixas de qualquer hidrogénio residual, calculando um padrão de hidrogénio de base na máquina e depois subtraindo-o dos seus cálculos finais.

A boa notícia é que a estrutura mineral do apatite impede a difusão da água terrestre. Assim, qualquer água trancada no seu interior é meteórica. Mas as superfícies rochosas ainda podem ter fendas infinitesimais que podem reter quantidades infinitesimais de água terrestre.

“Polimos as amostras perfeitamente planas com o mínimo de fendas possíveis, e isso requer muito polimento”, disse ele.

Pronto, apontar, disparar. Repeat.

A microssonda iónica foca um feixe de iões numa área muito pequena de uma amostra, cerca de 10 microns de largura por 10 microns de comprimento por 1 micron de profundidade.

O feixe expulsa iões da amostra, que são impelidos através de um espectrómetro de massa. Detecta e distingue os iões com base na sua massa e carga – neste caso, a razão entre os iões de hidrogénio normal e pesado.

“Analisamos especificamente as fissuras também, para saber qual a quantidade de água que pode haver nelas e qual a sua razão isotópica”, disse ele. “Por isso, é muita concentração, alinhamento, e funcionamento dos nossos padrões, e se o feixe estiver desligado por um bocadinho, é um problema. Estamos a executar muitos padrões e a executar muitas fendas. E cada fenda que fazemos demora uma hora. Cada padrão que corremos é uma hora, e de vez em quando obtemos um ponto de dados. É um trabalho penoso, e temos de deitar fora bastantes análises porque achamos que não são suficientemente rigorosas”

No final, a razão isotópica do hidrogénio nos eucrites parecia mesmo a da Terra. “Isto significa que a água no sistema solar muito cedo, quando os eucrites se formaram, era tal e qual a água na Terra de hoje”

O estudo, publicado em Outubro de 2014 no prestigioso
journal Science, “mostra que a água da Terra muito provavelmente
criada ao mesmo tempo que a rocha que forma o planeta”, disse Marschall. “O planeta formado como um planeta húmido com água na superfície”

“A resposta é que os nossos oceanos estiveram sempre aqui”, disse Sarafian.

Leitura e escrita

Sarafian foi o autor principal do artigo Science, com os co-autores Nielsen, Marschall, Monteleone, e Francis McCubbin do Instituto de Meteorítica da Universidade do Novo México. Isso fê-lo recordar os seus dias de faculdade quando lia um artigo científico ainda era um trabalho.

“Uma vez que comecei a concentrar-me na geologia, disse: “Preciso mesmo de ser capaz de ler”. Havia muitos artigos de releitura, destacando, notando as horas e horas e horas que isso acontecia. No início, apenas olhei para os números e as legendas. Procurei muitas palavras.

“Tranquei-me no meu quarto ou no meu escritório e fiquei acordado durante longas horas a reler os papéis. Tinha um saco de dormir e um forno de torradeira no escritório, e fiquei lá bastante tempo. Vi-o como eu a apanhar toda a gente, porque me sentia tão atrasado.

“Demorou muito tempo e muita gente a ajudar a poder ler um artigo científico e a tirar dele qualquer coisa. Eventualmente, consegui ler os artigos científicos rápida e minuciosamente para obter toda a informação. Mas ainda não consigo realmente ler ficção de todo. Acho que não estou disposto a dedicar tanto tempo à ficção”

Viajar mais para trás no tempo

O caminho de pesquisa do Harafian continua a bom ritmo. Ele começou a analisar amostras de meteoros que são 10 milhões de anos mais velhos do que os eucalitas. Estes pedaços meteóricos que ocasionalmente caíram na Terra são chamados angritos, e formaram-se cerca de quatro milhões de anos após o início do sistema solar.

“Se os angritos têm os mesmos isótopos de hidrogénio que a Vesta e a Terra, significa que a água se foi acumulando nestes corpos planetários ao longo do tempo em que se estavam a formar, quase desde o tempo zero”, disse ele. Ele também está a investigar se outros elementos essenciais para o início da vida, tais como o carbono e o azoto, podem também ter aparecido para a viagem com hidrogénio em condritos carbonáceos e ter sido entregues cedo à Terra.

Sarafian está agora a passar grande parte do seu tempo no NASA-Johnson Space Center e no Carnegie Institute em Washington, onde está a utilizar uma instalação de sonda iónica especializada na medição de quantidades extremamente baixas de hidrogénio e carbono.

Meanwhile, algures por aí, a Vesta ainda está em órbita dos extremos do nosso sistema solar, e uma licenciatura está a procurar a palavra “eucrite”

Esta investigação é apoiada por um prémio WHOI Mellon Award for Innovative Research, o Fundo de Risco Oceânico do WHOI, e uma bolsa de estudos da NASA.