relación KU

La relación K/U es la proporción entre el potasio (K), un elemento ligeramente volátil, y el uranio (U), un elemento altamente refractario . Es una herramienta útil para medir la presencia de elementos volátiles en las superficies planetarias. Esta relación ayuda a explicar la evolución del sistema planetario y el origen de la Luna.

En ciencia planetaria , los volátiles son el grupo de elementos químicos y compuestos químicos con bajos puntos de ebullición que están asociados con la corteza o la atmósfera de un planeta o una luna .

Algunos ejemplos de sustancias con puntos de ebullición muy bajos son el nitrógeno , el agua , el dióxido de carbono , el amoníaco , el hidrógeno , el metano y el dióxido de azufre .

A diferencia de los volátiles, los elementos y compuestos con altos puntos de ebullición se conocen como sustancias refractarias . ^{[ 1 ]}

Sobre la base de los datos disponibles, que son escasos para Marte y muy inciertos para Venus, los tres planetas interiores se agotan progresivamente en K al pasar de Marte a la Tierra y a Venus. ^{[ 2 ]}

Algunos elementos, como el potasio, el uranio y el torio , son naturalmente radiactivos y emiten rayos gamma al desintegrarse. La radiación electromagnética de estos isótopos puede detectarse mediante un espectrómetro de rayos gamma (GRS) lanzado hacia la superficie planetaria u observado desde la órbita. Un instrumento en órbita puede cartografiar la distribución superficial de muchos elementos en todo un planeta.

Los programas de naves espaciales no tripuladas, como Venera y el programa Vega , han viajado a Venus y enviado datos que permiten estimar la relación K/U de las rocas de la superficie. ^{[ 3 ]}

La misión Lunar Prospector utilizó un sistema GRS para cartografiar la Luna.

Para determinar la composición elemental de la superficie marciana, la misión Mars Odyssey utilizó un espectrómetro de radiación granular (GRS) y dos detectores de neutrones.

Estas lecturas de GRS se pueden comparar con mediciones elementales directas de meteoritos condritas , muestras de la Tierra y la Luna traídas de las misiones del programa Apolo , así como con meteoritos que se cree que provienen de Marte. ^{[ 4 ]}

El K y el U se mueven juntos durante los procesos geoquímicos y tienen radioisótopos de larga vida que emiten rayos gamma . ^{[ 5 ]} Se calcula como una relación de uno con respecto al otro sobre una base de masa igual, lo cual suele ser${\displaystyle \mu gramo[elemento]/gramo}$.

Esto proporciona una explicación convincente para la evolución del Sistema Solar .

Este resultado es consistente con un aumento de la temperatura hacia el Sol durante su fase temprana de nebulosa protoplanetaria . ^{[ 5 ]}

La temperatura en la etapa inicial de la formación del Sistema Solar superaba los 1000 K a la distancia de la Tierra al Sol, y era tan baja como 200-100 K a las distancias de Júpiter y Saturno.

A las altas temperaturas de la Tierra, ningún volátil estaría en estado sólido , y el polvo estaría compuesto de silicato y metal. ^{[ 6 ]}

La corteza continental y el manto inferior tienen valores promedio de K/U de aproximadamente 12 000. El basalto de dorsal oceánica (MORB) o manto superior tiene más volátiles y una relación K/U de aproximadamente 19 000. ^{[ 2 ]}

El agotamiento de volátiles explica por qué el contenido de sodio (volátil) de la Tierra es aproximadamente el 10 % de su contenido de calcio (refractario), a pesar de la abundancia similar en los condritos. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

La Luna destaca por estar muy empobrecida en volátiles. ^{[ 7 ]}

La Luna no solo carece de agua y gases atmosféricos, sino también de elementos moderadamente volátiles como K, Na y Cl. La relación K/U de la Tierra es de 12 000, mientras que la de la Luna es de tan solo 2000. ^{[ 5 ]} Esta diferencia sugiere que el material que formó la Luna estuvo sometido a temperaturas considerablemente más altas que las de la Tierra.

La teoría predominante es que la Luna se formó a partir de los restos de una colisión entre la Tierra y un cuerpo astronómico del tamaño de Marte, hace aproximadamente 4.500 millones de años, entre 20 y 100 millones de años después de que se formara el Sistema Solar . ^{[ 8 ]} Esto se conoce como la hipótesis del gran impacto .

Se hipotetiza que la mayor parte de los silicatos externos del cuerpo en colisión se vaporizarían, mientras que un núcleo metálico no. Por lo tanto, la mayor parte del material colisionante enviado a órbita consistiría en silicatos, dejando a la Luna resultante de la coalescencia con una deficiencia de hierro. Los materiales más volátiles emitidos durante la colisión probablemente escaparían del Sistema Solar, mientras que los silicatos tenderían a coalescer. ^{[ 9 ]}

Las proporciones de los elementos volátiles de la Luna no se explican mediante la hipótesis del impacto gigante. Si la hipótesis del impacto gigante es correcta, deben deberse a alguna otra causa. ^{[ 10 ]}

Más lejos del Sol, la temperatura era lo suficientemente baja como para que los elementos volátiles precipitaran en forma de hielo. ^{[ 6 ]} Los dos están separados por una línea de nieve controlada por la distribución de temperatura alrededor del Sol.

Las condritas carbonáceas, que se forman más lejos del Sol, tienen las proporciones K/U más altas. Las condritas ordinarias, que se forman más cerca del Sol, solo presentan un empobrecimiento de K de alrededor del 10 % en relación con el U.

Sin embargo, la matriz de grano fino que rellena los espacios entre los cóndrulos parece haberse formado a temperaturas bastante diferentes en las distintas clases de condritas. Por esta razón, la abundancia de volátiles de las diferentes clases de condritas puede variar. Una clase particularmente importante son las condritas carbonáceas debido a su alto contenido de carbono. En estos meteoritos, los cóndrulos coexisten con minerales que solo son estables por debajo de 100  °C, por lo que contienen materiales que se formaron tanto en ambientes de alta como de baja temperatura y que posteriormente se agruparon. Otra evidencia de los atributos primordiales de las condritas carbonáceas proviene del hecho de que tienen composiciones muy similares a la composición de elementos no volátiles del Sol. ^{[ 5 ]}

Mercurio fue estudiado por la misión MESSENGER con su espectrómetro de rayos gamma. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Las proporciones de K/U para Mercurio podrían oscilar entre 8.000 y 17.000, lo que implicaría un planeta rico en volátiles. Sin embargo, los datos de partición metal/silicato para K y U aún requieren experimentos adicionales en las condiciones de formación del núcleo de Mercurio para comprender esta proporción inusualmente alta. ^{[ 13 ]}