Elementos mais comuns do Universo são raros na Terra; por quê?

É consenso entre os cientistas que o Universo é composto principalmente de matéria escura e energia escura, ambas invisíveis para nós aqui na Terra.

A matéria que podemos observar, chamada bariônica, é formada predominantemente por hidrogênio (75%) e hélio (23%), sendo o restante composto por outros elementos. No entanto, esta distribuição é bastante diferente daquela encontrada na Terra, onde o hélio é extremamente raro e o hidrogénio constitui apenas uma pequena fração de menos de 1% da crosta.

De acordo com o site IFL Ciênciaa predominância do hidrogênio no Universo se deve à sua formação logo após o Big Bang. Nos primeiros momentos da existência do cosmos, era uma sopa de partículas subatômicas. À medida que o Universo arrefeceu, estas partículas combinaram-se, formando principalmente hidrogénio, bem como pequenas quantidades de hélio e lítio. Com o passar do tempo, as estrelas começaram a se formar, fundindo o hidrogênio em hélio e, em fases posteriores de suas vidas, criando outros elementos da tabela periódica.

Porém, o processo de transformação do hidrogênio em outros elementos ainda está em fase inicial no Universo. Na Terra, por outro lado, este processo parece quase completo, com a maior parte do hidrogénio encontrado na forma de água (H₂O) ou ligado a outros compostos. A quantidade de hidrogênio presente aqui, porém, é mínima quando comparada ao Universo como um todo.

Por sua vez, o hélio é ainda mais escasso na Terra. Este gás foi identificado pela primeira vez quando observado no espectro solar durante um eclipse, antes mesmo de ser descoberto em nosso planeta. Tal como outros planetas, o nosso formou-se a partir de um disco protoplanetário composto principalmente por hidrogénio e hélio, juntamente com outros elementos mais pesados ​​resultantes da morte de estrelas anteriores. No entanto, ao contrário de planetas gigantes gasosos como Júpiter, a Terra não foi capaz de reter grandes quantidades destes gases devido à sua menor gravidade.

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Por serem gases leves, o hidrogênio e o hélio conseguem escapar mais facilmente da gravidade da Terra. Planetas maiores, como Júpiter, são capazes de reter mais destes elementos.

Além disso, a proximidade da Terra ao Sol faz com que estes gases aqueçam, aumentando a probabilidade de escaparem para o espaço. No caso do hélio, é particularmente difícil de reter, pois raramente se combina com outros elementos, o que facilitaria a sua captura.

Atualmente, acredita-se que o hélio presente na Terra seja, em sua maioria, resultado do decaimento radioativo de elementos mais pesados, que produzem partículas alfa, correspondentes ao núcleo do átomo de hélio-4. Quando essas partículas capturam elétrons, elas se tornam átomos de hélio. Embora grande parte do hélio gerado escape para o espaço, parte dele pode ficar preso em cavidades subterrâneas.

Apesar de ser popularmente conhecido por inflar balões, o hélio tem aplicações cruciais, como resfriamento de equipamentos científicos e máquinas de ressonância magnética. No entanto, com a redução da utilização de combustíveis fósseis, que actualmente fornecem hélio como subproduto da perfuração de metano, encontrar novas fontes deste gás poderá tornar-se uma prioridade.

Finalmente, embora o hidrogénio seja mais abundante na Terra do que o hélio, grande parte do hidrogénio que compunha os planetesimais formadores do nosso planeta escapou há muito tempo, particularmente durante impactos que transformaram a superfície da Terra num oceano de magma.

A quantidade de água presente hoje na Terra, um dos principais transportadores de hidrogênio, pode ter sido originada de cometas e asteroides, após um período em que o planeta pode ter ficado sem água. Mesmo assim, a Terra ainda tem mais hidrogénio do que a Lua e outros planetas interiores, que perderam a maior parte deste elemento através de processos semelhantes.