sábado, 2 de diciembre de 2017

El agua en la Tierra, ¿de dónde procede y cuándo llegó?

UN PLANETA BASTANTE SECO

En contra de lo que pudiera parecer, la Tierra es un planeta con muy poca agua. Está muchísimo más seco que una mojama o un hueso viejo. A pesar de que los océanos cubren el 70% de su superficie, su masa equivale a solo un 0,0023% de la masa total del planeta. Y el resto del agua que tradicionalmente se considera en el ciclo hidrológico (aguas superficiales, subterráneas, glaciares, casquetes polares y la existente en la atmósfera y en la biosfera) apenas supone poco más del 2% de la masa oceánica.

Pero, además, se puede estimar la cantidad de agua atrapada en los minerales de la corteza continental y oceánica, así como la que aparece en sus materiales rocosos fundidos, o magmas. A esa cantidad hay que añadir otra aún más importante: la del manto terrestre (la parte interior del planeta por debajo de la corteza hasta el límite con el núcleo, situado a 2.900 km de profundidad), la mayoría de la cual no se presenta como una fase fluida sino como defectos en minerales teóricamente sin agua en su composición. Toda esta agua vendría a equivaler a poco más que la acumulada en los océanos.

El total del agua en el planeta, en definitiva, es ridículo en comparación con su tamaño. Sin embargo, esta escasa cantidad permitió el inicio y desarrollo de la tectónica de placas, que necesita de fluidos que actúen como lubricantes, particularmente de agua. Y, por supuesto, el origen, evolución y mantenimiento de la vida en la Tierra es impensable sin ella.

Obra efímera y fotografía del artista Nils-Udo (Lauf an der Pegnitz, Alemania, 1937). Agua, tierra, sauce blanco, briznas de hierba y dos tipos de bayas. Año 1999

Círculo de cañas de bambú, de Nils-Udo. Océano Índico, isla de la Reunión, año 1990. Imagen vía Point of View 

OCÉANOS EXTRATERRESTRES

¿De dónde procede el agua de nuestros océanos? Hasta finales del siglo pasado había pocas dudas: el agua provino del interior del planeta por la desgasificación del manto terrestre, gracias a las erupciones volcánicas que se han producido a la largo de la historia de la Tierra (que cuenta con una antigüedad de unos 4.600 millones de años). Pero la fiebre de exploración del sistema solar, iniciada en los años 60, iba dando sus frutos y permitía ya aventurar otras hipótesis. En 1987, el astrofísico Christopher Chyba propuso que la Tierra podría haber adquirido el agua de sus océanos primitivos a partir de cometas. Los cometas, en efecto, son cuerpos formados principalmente por hielo, además de polvo y partículas rocosas, que orbitan con diferentes trayectorias alrededor del Sol.

      El agua proporcionada por cometas fue la primera hipótesis extraterrestre para explicar el origen de los océanos en nuestro planeta. En la foto, el cometa Hyakutake cerca del punto más próximo a la Tierra por el que pasó en marzo de 1996. En el extremo inferior derecho se aprecian los gases y partículas sólidas (color verde-azulado) que rodean a un núcleo de hielo sucio derretido de unos 5 km de diámetro. Por cierto, este cometa nos visitó anteriormente hace 17.000 años y no volverá a hacerlo hasta dentro de unos 100.000 años. Imagen copyright Doug Zubenel, vía NASA 

Tiempo atrás ya se sabía que los cráteres de la Luna se produjeron por impactos de cuerpos sólidos del sistema solar. Y también se conocía que la mayoría de esos impactos se habían originado en épocas primitivas de la Luna, que afectaron además a todos los planetas interiores del sistema solar (la Tierra, Marte, Mercurio y Venus). Pues bien, el citado Christopher Chyba calculó que si solo un 10% de la masa de los cuerpos que chocaron contra la Tierra hubiesen sido cometas, todo el agua de nuestros mares tendría un origen cometario. 

LOS ASTEROIDES RECLAMAN EL TRONO

Desde entonces astrofísicos, geólogos, geoquímicos y otros científicos no han cesado de indagar sobre el origen el agua en la Tierra. Y se vio que la hipótesis de los cometas presentaba un importante problema: la proporción en el agua de los cometas entre el deuterio, D (un isótopo pesado del hidrógeno) y el hidrógeno H (el más común y abundante). Esta relación es característica en aguas del mismo origen y es constante a lo largo del tiempo, lo que permite discriminar entre aguas de diferentes procedencias. Pero los estudios realizados concluyeron que el agua de los cometas de la nube de Oort y del cinturón de Kuiper, las regiones donde especialmente se concentran, tenían una relación D/H muy superior al agua de nuestros océanos, de dos a tres veces más (aunque con alguna excepción). Si además se unía a ello algunos argumentos desfavorables relacionados con la dinámica orbital de los cometas de esas regiones, no parecía lógico seguir pensando en los cometas. Tocaba el turno de los asteroides. 

Segunda hipótesis extraterrestre para explicar el origen del agua en nuestro planeta: los asteroides. La imagen es una recreación artística. Fuente: ESA - P. Carril

Los asteroides son cuerpos rocosos de variada composición y de ellos proceden la inmensa mayoría de los meteoritos que se han encontrado en nuestro planeta. Su tamaño fluctúa desde los 50 metros hasta decenas, o incluso centenas, de kilómetros. Además de los asteroides que orbitan relativamente cerca de la Tierra y en otras áreas del sistema solar, son especialmente abundantes en el llamado Cinturón Principal de Asteroides, que se sitúa entre Marte y Júpiter: mucho más próximos a la Tierra que los cometas de Kuiper (más allá de Neptuno) o que los cometas de Oort (cerca del límite del sistema solar), por lo que tienen más probabilidades de llegar a la Tierra. 

Los asteroides presentan otra característica que los hizo ser los candidatos favoritos a aguadores: al estudiar una de las familias de los meteoritos conocidos como condritas carbonáceas, se comprobó que contenían minerales hidratados, así como agua líquida en forma de inclusiones en diferentes minerales. De hecho, llegan a contener un 10% de agua como promedio. Y, ¿sorpresa?, la relación D/H (deuterio/hidrógeno) del agua analizada en esas condritas resultó similar a la del agua oceánica.

EL RETORNO DE LOS COMETAS


Muro del cielo, del artista italiano Walter Valentini (Pergola, 1928). Técnica mixta sobre madera, 180 x 270 cm, año 1998   

Según avanzan las investigaciones van apareciendo nuevos interrogantes: ¿y si fueron los cometas los que aportaron una parte significativa del agua? Además de la nube de Oort y del cinturón de Kuiper, de donde provienen los cometas analizados hasta ahora, se ha descubierto su presencia en una región mucho más próxima a la Tierra (precisamente en el Cinturón Principal de Asteroides), de la que podrían haber salido los mejores porteadores de agua. Futuras investigaciones, mediante sondas espaciales o desde telescopios terrestres, tal vez lo acaben confirmando.  

Recientemente han surgido nuevos argumentos a favor de un papel más destacado de los cometas. Tres investigadores del Centro Goddard de Astrobiología (NASA) y uno del departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Misuri (EE. UU.), cuando estudiaron la relación D/H en el agua del cometa Lovejoy, oriundo de la nube de Oort, se dieron cuenta que es imprescindible realizar mediciones de esos isótopos en diferentes posiciones de las órbitas cometarias: vieron que el agua con deuterio aumentaba (y por tanto la relación D/H) cuando el cometa se aproximaba al Sol, posiblemente por efecto de la radiación solar. Algo que no habían tenido anteriormente en cuenta los astrónomos. Es decir, que la "sagrada" relación D/H puede cambiar con el tiempo y los datos que fueron obtenidos con una sola medición quizá sean poco fiables. Acaban sugiriendo que los cometas tal vez aportaron una parte considerable de agua a la Tierra, y no solo la pequeña fracción, en comparación con los asteroides, que se les venía últimamente asignando. El trabajo se ha publicado este año, 2017, en la revista The Astrophysical Journal Letters. 

Diálogo en el espacio, de Walter Valentini. Aguafuerte, 26 x 37 cm. Año 2010

¿ENMIENDA A LA TOTALIDAD? LA TIERRA SE REIVINDICA  

Pero, ¿por qué buscar fuera lo que podía estar en casa? Linda Elkins-Tanton, entonces en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, presentó hace unos años un modelo en el que explica cómo el agua retenida por la Tierra en su época de crecimiento (que se iba produciendo por adición de material, o acreción), aun en pequeña cantidad, dio lugar a los océanos. Océanos que se habrían formado a partir del colapso de una atmósfera rica en el vapor de agua liberado por el planeta, con lo que no habría necesidad de acudir a invasores extraterrestres. El artículo se publicó en la revista Astrophysics Space Science, en 2011.

Un estudio de la geóloga Lydia Hallis, actualmente en la Universidad de Glasgow, junto con otros investigadores de varias instituciones estadounidenses, apunta en esa misma dirección. Se centra en las características isotópicas del agua existente en burbujas de vidrio atrapadas en olivinos muy antiguos, procedentes del manto inferior. Concluyen que esta agua del interior de la Tierra fue heredada de la primitiva nebulosa solar (revista Science, 2015). Agua que podría haber originado los océanos, por lo que el aporte posterior extraterrestre, según sus autores, tal vez no fue tan importante.

                   El olivino es un mineral muy abundante en el manto terrestre. Foto Crosstimber, vía FMF Minerals Forum

INTENTANDO ORDENAR EL CAOS

El origen del agua en nuestro planeta debe ser coherente con los modelos de formación del sistema solar y con los sucesos más relevantes de la primitiva Tierra. Esta es una de las posibles reconstrucciones de los hechos

1. Nacimiento. El embrión planetario se forma a partir de partículas de polvo y gas (vapor de agua incluido) de la primitiva nebulosa solar, que van concentrándose en núcleos que crecen con enorme rapidez por adición de materia. En las regiones más próximas al Sol (donde se originaron la Tierra y los otros planetas interiores) las temperaturas eran entonces demasiado altas para que el agua condensara y quedase atrapada, por lo que el planeta nace seco

2. Infancia. Planetesimales (grandes cuerpos rocosos, de dimensiones kilométricas) se van agregando a la Tierra. Llegan del Cinturón de Asteroides, o de más allá, desde regiones frías que les permitió incorporar agua en su interior y liberarla en nuestro planeta, buena parte de la cual pasó al manto terrestre e, incluso, pudo llegar a formar "proto-océanos". 

3. La traumática adolescencia. Está marcada por los impactos gigantes que sufrió la Tierra, entre ellos el que dio origen a la Luna (hace unos 4.500 millones de años). Los impactos fueron de tal envergadura que los "proto-océanos", en caso de existir, se habrían evaporado

4. Inicio de la primera juventud. La Tierra recibió una caída de cuerpos extraterrestres de menor tamaño, principalmente asteroides ricos en agua (¿también cometas?). Un acontecimiento al que los geoquímicos han denominado "recubrimiento tardío" (late veneer hypothesis) y que pudo ser el principal y definitivo aporte de agua a nuestros océanos. En el año 2009 se dató este episodio en 4.400 millones de años. 

La voz silenciosa de las estrellas IV, de Walter Valentini. Técnica mixta sobre madera,  95 x 90 cm, año 2004

Sin embargo, estos sucesos siguen siendo objeto de debate científico y controversia: el nacimiento húmedo se mantiene como alternativa, tal como vienen a señalar los hallazgos de Lydia Hallis y sus colegas (los del olivino). La formación de la Luna a partir del impacto de un cuerpo del tamaño de Marte, Theia, ha ido perdiendo credibilidad en base a consideraciones geoquímicas muy contundentes, lo que también hace dudar sobre toda la etapa de impactos gigantes en la adolescencia terrestre. Y hasta el "recubrimiento tardío" como fuente principal de agua en la Tierra se ha rechazado muy recientemente: para los geólogos alemanes Mario Fischer-Gödde y Thorsten Kleine las composiciones isotópicas de un elemento del manto originado por ese episodio, el rutenio, son similares a las de los asteroides secos, lo que les lleva a negar el papel de aguador a dicho acontecimiento (revista Nature, 2017).       

UN MAR DE DUDAS. DESPEDIDA

El "recubrimiento tardío", hace unos 4.400 millones de años, sigue siendo el suceso que cuenta con más respaldo entre la comunidad científica como principal candidato de la llegada del agua a nuestro planeta, mientras no se confirmen con otros estudios las tesis negacionistas de los dos geólogos alemanes.

Pero aparece un nuevo escollo, un hecho que ocurrió más tarde: el llamado Bombardeo Intenso Tardío, o Cataclismo Lunar, que sembró la Luna de cráteres entre hace 3.850 y 4.000 millones de años, de acuerdo a las dataciones de los vidrios lunares formados por esas colisiones. Este bombardeo habría sido más intenso en la Tierra, dado su mayor tamaño y gravedad. Y unos impactos de tal calibre posiblemente habrían vaporizado los océanos

                    Cráteres de impacto en la Luna. Imagen Ernest Wright, NASA/GFSC (explicaciones de la imagen en esta publicación del MIT, Instituto de Tecnología de Massachusetts)         

Vuelta a empezar: ¿puede que el "recubrimiento tardío" de asteroides, supuesto portador del agua, esté mal datado y sea posterior al Bombardeo Intenso Tardío? No es lógica una desviación de más de 500 millones de años, tratándose además de una datación relativamente reciente, del año 2009. ¿Los métodos aplicados a la datación de esos vidrios lunares fueron los más adecuados, teniendo en cuenta que se realizaron hace más de 40 años? Aquí, efectivamente, está una de las claves: las más recientes dataciones geocronológicas atrasan la época en la que ocurrió el Bombardeo Intenso Tardío a un periodo de entre hace 4.370 y 4.200 millones de años (con algún pico posterior de bombardeo de menor intensidad), lo que le hace prácticamente simultáneo con el episodio del "recubrimiento tardío".

Los japoneses Maruyama (Instituto de Ciencias de la Tierra y de la Vida, adscrito al Instituto de Tecnología de Tokio) y Ebisuzaki (del organismo de investigación RIKEN), recogen esta nueva cronología de los hechos en un trabajo publicado este año en Geoscience Frontiers. Ello, junto con diversas consideraciones geoquímicas y en consonancia con los recientes modelos de evolución del sistema solar, les lleva a formular un nuevo modelo global con un único episodio de bombardeo de asteroides o planetesimales ricos en agua en estas nuevas fechas, entre hace 4.370 y 4.200 millones de años. Este bombardeo, según su modelo, sería no solo el responsable de la primera atmósfera a partir de la que nacieron los océanos, sino que también hidrató el manto superior, desencadenó la tectónica de placas y propició el marco adecuado a los procesos que llevaron a la aparición de la vida.

Aunque se ha avanzado mucho, todavía quedan numerosas incógnitas por resolver:

                           
Descenso, obra del artista británico de origen indio Anish Kapoor (Bombay, 1954). Agua, acero y motor, 500 x 500 cm, año 2015. Fotos Ela Bialkowska 

Recuerdo ahora lo que escribió el geólogo Francisco Anguita, uno de los pioneros de las ciencias planetarias en España, al comentar el origen extraterrestre del agua: "Una curiosa materia de reflexión para la próxima vez que tomemos un baño en el mar". O, como añado yo, cada vez que abramos el grifo para beber agua.

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Próxima entrada: primera semana de febrero de 2018. Mientras, sean felices (con moderación).
    

              

2 comentarios:

  1. ¿Esto será real? Es que he leído que el terraplanista Fernando Martínez Gómez-Tejedor agregó 990.000€ a la recompensa de Howard Stirrup por 10.000€ para la persona que envíe una fotografía real para comprobar que la tierra es redonda y no plana. Dicen que para el contacto pueden hacerlo por: Tierraplana@planetmail.net o Whatsapp: +34603261072

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  2. Estimado Oscar: supongo que te has equivocado de blog por este texto que has escrito aquí arriba. O de planeta.En cualquier caso, te deseo que encuentres rápidas y acertadas respuestas a tus inquietantes dudas.
    Un cordial saludo (estoy de buen humor).

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