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La Formación de los Primeros Océanos de la Tierra

Creada26-06-2016
Modificada18-05-2017
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Reseña del Documental Los Primeros Océanos de la serie La Historia del Universo

Los Primeros Océanos

Documental de la serie La Historia del Universo (T4, E7, 2015), donde se intenta descubrir el origen de los Océanos de la Tierra, donde nació la Vida.

La Tierra es el único planeta conocido en el que la mayor parte de su superficie está cubierta por Agua Líquida. Y también es el único planeta conocido en el que existe la Vida.

Los organismos vivos son, básicamente, agua rodeada de diversas membranas semipermeables que facilitan el intercambio de substancias que les sirvan de alimento. Esa dependencia del agua hace que vivir en un planeta con abundante agua suponga una inmensa fortuna.

Pero en realidad la Tierra debería tener mucha menos agua de la que tiene. Cuando se formó, en el origen del Sistema Solar, lo hizo en una zona muy cercana al Sol y el calor de éste, y el Viento Solar, deberían haber arrojado la mayor parte del agua de la que se formó la Tierra mucho más allá de su órbita.

Y eso nos lleva a una pregunta: ¿Por qué hay tanta agua en la Tierra?

El Origen del Agua de la Tierra

El Sistema Solar se formó a partir de una nube de gas y polvo en la que existía una gran cantidad de Hidrógeno y Oxígeno.

El Hidrógeno y el Oxígeno, aún en el vacío espacial, reaccionaron para formar moléculas de agua que se convirtieron en cristales de Hielo. La nube original de polvo y gas se convirtió en una nube de Polvo, Hielo y Gases. Al concentrarse, debido a la gravedad, para formar el Sol, los tres formaron parte de su composición, y cuando alcanzó las temperaturas de encendido nuclear el vapor de agua y otros gases que contenía el Sol fue arrojado hacia el espacio. Debido a los campos magnéticos que se forman en el interior del Sol, la mayor parte de ese agua es expulsada por los ejes del campo magnético solar.

En 2.011 se observó la formación de una estrella y de ella surgieron dos géiseres gigantescos que lanzaron al espacio tanta agua como la contenida en 10 millones de ríos Amazonas.

El dato mencionado me parece muy ambiguo. NO se indica si esos 10 millones de ríos Amazonas surgieron a lo largo de TODA la erupción o era el caudal por hora o por segundo.

El agua expulsada se aleja del Sol en forma de vapor empujado por el Viento Solar hasta llegar a una distancia de unos 2.000 Gm. A esa distancia, llamada la Línea de Nieve, el calor del sol es mucho menor y el vapor de agua pasa a estado líquido y luego a partículas de hielo.

El primer planeta, y el más grande del Sistema Solar empezó a formarse en la Línea de Nieve. Allí se formó el Gigante Gaseoso Júpiter. Más lejos, donde había menos hielo, se formaron los otros Gigantes Gaseosos, Saturno, Urano y Neptuno, cada uno menor que el anterior.

En el Sistema Solar Interno, por debajo de la Línea de Nieve, se formaron planetas secos, compuestos principalmente de polvo y muy poca agua.

Muchos astrónomos piensan que la Tierra se formó con muy poca agua, y aún esta pequeña cantidad estuvo a punto de desaparecer ante la colisión más gigantesca experimentada pro la Tierra en toda su historia.

La Colisión de Theia

Hace 4'6 Ga la Tierra, recién formada, recibía los impactos de numerosos asteroides y cuerpos protoplanetarios con una frecuencia muy superior a la actual, aproximadamente de un impacto al mes. Esos impactos mantenían la superficie a muy alta temperatura, suficiente para fundir las rocas y los metales y, por supuesto, para que toda el agua de la Tierra se mantuviera en forma de vapor flotando en la atmósfera.

Sesenta Ma después la cantidad de impactos disminuyó, la corteza se enfrió y solidificó, dejando en su interior la escasa cantidad de agua que había sobrevivido.

Colisión de la Tierra y TheiaPero no por mucho tiempo. Theia, uno de los muchos protoplanetas que se habían formado en el Sistema Solar interno, del tamaño aproximado de Marte, se estrelló contra la Tierra.

El impacto fue tan grande que TODA la superficie de la Tierra se fundió de nuevo convirtiéndose en lava incandescente, y gran parte del agua que aún quedara en la Tierra fue evaporada y arrojada hacia la atmósfera y de ahí hacia el espacio.

Muchos de los escombros sólidos arrojados al espacio por la colisión volvieron a caer en una lluvia de fuego, otros se perdieron para siempre en el Sistema Solar. Pero una pequeña cantidad de escombros, aproximadamente un 1'5% de la masa de Theia y la Tierra quedaron en órbita alrededor de la Tierra, uniéndose más adelante para formar la Luna.

La superficie terrestre quedó calcinada y seca.

Y sin embargo, hoy en día la Tierra tiene una gran cantidad de océanos. ¿Estaba toda esa agua más en el interior de la Tierra, a salvo de los impactos de asteroides? ¿O llegó a la Tierra más tarde?

En principio parece que la última opción es la más probable.

El Bombardeo Intenso Tardío

Más allá de la órbita de Neptuno se encuentra el Cinturón de Kuiper, una extensa zona en la que abunda gran cantidad de bloques de hielo, restos de la formación de los planetas.

Con frecuencia algunos de estos cuerpos se desvían de su órbita y caen hacia el Sol. La mayoría atraviesan el Sistema Solar sin chocar con ningún cuerpo y regresan al cinturón de Kuiper, volviendo en su órbita cada pocos cientos o miles de años, pero de vez en cuando algunos chocan con la Tierra.

Hoy en día son muy pocos los cometas que atraviesan el Sistema Solar Interno, aproximadamente uno cada 5 o 10 años, pero hace 4 Ga había muchísimos más, posiblemente miles al año.

Durante un período de unos 200 Ma después de la colisión de Theia cayeron a la Tierra entre 20 y 30 millones de cometas, la mitad de cuya composición era de agua.

Así se llenaron de agua los océanos de la Tierra.

Las pruebas de este suceso se han encontrado en el lugar más insospechado: La Luna, donde aparentemente no hay agua.

El Cataclismo Lunar

En 1.970 los astronautas de la misión Apolo trajeron a la Tierra varias rocas lunares que, al ser analizadas revelaron que se habían formado varios cientos de Ma después de la formación de la Luna.

Intentando resolver esta incongruencia, los astrónomos han supuesto que en esa época los planetas Gigantes Gaseosos del Sistema Solar entraron en Resonancia Gravitatoria y alteraron las órbitas de los cuerpos del Cinturón de Asteroides y del Cinturón de Kuiper, lanzando muchos de ellos hacia el Sistema Solar Interno y bombardeando los planetas interiores, entre ellos la Tierra, con decenas de millones de asteroides y cometas durante un período de más de 200 Ma. Después los planetas gigantes dejaron de estar en resonancia y los asteroides y cometas volvieron a órbitas circulares, disminuyendo el número de impactos que en adelante debería sufrir la Tierra.

En la Luna se pueden ver las cicatrices de muchos de esos impactos, pero la Tierra, por su tamaño, debió recibir veinte veces más impactos que la Luna. No los vemos porque la Tierra tiene una meteorología que ha borrado la mayor parte de esos cráteres.

Analizando el Agua de los Cometas

La teoría de que los océanos de la Tierra se han formado con el agua de los cometas se podría confirmar analizando la proporción de Agua Pesada que los compone.

El agua está formada por un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno, pero en ocasiones uno de esos átomos de Hidrógeno es Deuterio, donde coexisten un protón y un neutrón.

El Deuterio es más abundante mientras más lejos esté del Sol, por lo que los cometas del cinturón de Kuiper deberían tener un porcentaje mayor de Agua Pesada que el agua que quedara en la parte interna del Sistema Solar.

A partir de 1.986 se pudo analizar el vapor de agua del cometa Haley y de otros cometas y se comprobó que ese agua contenía más Deuterio que el agua de la Tierra, más del doble.

También la reciente misión Rosseta determinó que el agua de los cometas contiene el triple de deuterio que los océanos de la Tierra.

Eso significa que NO toda el agua de la Tierra procede de los cometas.

Si el agua de la Tierra, al menos en su mayor parte, no procede de los cometas ¿de donde vino?

Agua en los Asteroides

En 2.011 la sonda Dawn sobrevoló el asteroide Vesta, situado en el cinturón de Asteroides, entre Marte y Júpiter, analizó la composición de su superficie y detectó que contenía agua, y el porcentaje de agua pesada era el mismo que el de los océanos de la Tierra.

Se han analizado fragmentos de meteoritos caídos desde el Cinturón de Asteroides, y aunque aparentemente son rocas secas, aproximadamente el 20% son moléculas de agua. Y tienen la misma proporción de deuterio que el agua de los océanos.

La conclusión parece evidente. Una parte del agua de la Tierra está aquí desde su origen, pero la mayor parte ha venido en asteroides rocosos procedentes del Cinturón de Asteroides. Aunque seguramente también habrán caído cometas, no han sido los suficientes como para alterar significativamente la proporción isotópica del agua de la Tierra.

Hay un Océano Dentro

Y un nuevo descubrimiento ha venido a aportar un dato sorprendente. Aunque vemos una gran cantidad de agua en la superficie de la Tierra, millones de Km³ en los océanos, mares, lagos, ríos y en la atmósfera, hay también una cantidad similar en el interior de la Tierra. A partir del estudio de las ondas sísmicas de los terremotos se ha comprobado que a unos 480 Km de profundidad existe una capa de magma que está empapada con una cierta cantidad de agua. La alta temperatura del magma debería convertir el agua en vapor, pero a esa profundidad la presión es tan grande que permanece líquida aún a cientos de grados de temperatura.

Ese agua no ha podido llegar allí desde la superficie, así que la hipótesis más probable para su origen es que formaba parte de la nube de gas y polvo primigenia de nuestro planeta. El análisis de rocas de zircón, formadas 150 Ma después de la formación de la Tierra y varios cientos de millones de años antes del Cataclismo Lunar, ha demostrado que ya por entonces existían océanos en la Tierra.

Pero si la Tierra se formó por dentro de la Línea de Nieve, donde apenas había agua ¿cómo llegó a tener tanta agua en su interior?

El Planeta Errante

Desde que se han empezado a descubrir planetas alrededor de otras estrellas, hemos comprobado que la mayor parte de los exoplanetas descubiertos son Gigantes Gaseosos situados muy cerca de su estrella. Como resulta inexplicable que un planeta tan grande se pueda formar tan cerca de su sol, se ha especulado que tal vez esos Gigantes Gaseosos se formaron mucho más lejos y luego han ido derivando hacia su sol. Y eso nos ha llevado a preguntarnos ¿habrá pasado algo parecido en el Sistema Solar? ¿Se han desplazado los planetas desde su origen hasta hoy?

Hay indicios de que Júpiter se formó mucho más lejos de su órbita actual y que fue derivando poco a poco reduciendo su órbita hasta situarse muy poco más allá de la órbita de Marte. Después, cuando se formó Saturno, Júpiter invirtió su deriva y se alejó, hasta llegar a su órbita actual.

Si esto ocurrió así, en su deriva hacia el interior del Sistema Solar pudo haber arrastrado gran cantidad de hielo desde más allá de la Línea de Nieve hacia el interior del Sistema Solar, y eso hizo que los planetas interiores se formaran con mucha más agua de la que existía originalmente en esa zona.

Eso explicaría que los planetas interiores contuvieran gran cantidad de agua, suficiente para formar océanos. Y así se ha comprobado en Marte y Venus, donde las observaciones astronómicas y mediante sondas han revelado que existieron océanos. Pero mientras Venus y Marte se secaron, la Tierra ha conservado sus océanos.

Los Océanos del Sistema Solar

Hace 4'5 Ga, en el Sistema Solar, por debajo de la Línea de Nieve, se formaron cuatro planetas rocosos.

No sabemos si tenían agua originalmente o si ésta llegó a ellos con posterioridad, pero aunque no estamos seguros respecto a Mercurio, sabemos que Venus, Tierra y Marte tuvieron océanos.

Venus estaba demasiado cerca del Sol y su calor convirtió el agua en vapor que, con su efecto invernadero, calentó aún más el planeta hasta convertirse en un infierno con temperaturas de 600 grados.

Marte está mucho más lejos, pero su interior se enfrió con rapidez, probablemente hace más de 3'5 Ga. Al no tener un núcleo metálico fundido, Marte no tiene campo magnético que lo proteja de las radiaciones solares y éstas han ido descomponiendo las moléculas de agua de sus océanos en Oxígeno e Hidrógeno. Al ser el Hidrógeno un gas muy ligero, flotó sobre la atmósfera y el Viento Solar fue arrancando jirones de Hidrógeno. A falta de Hidrógeno, el Oxígeno reaccionó con los metales y minerales del terreno oxidándolo y dándole su característico color rojo.

La Tierra comenzó su historia con la misma composición que Venus y Marte, pero la Tierra ha conservado su núcleo fundido y su campo magnético, lo que ha protegido la superficie de las radiaciones solares y ha mantenido a salvo los océanos de la Tierra durante miles de millones de años, dando tiempo a la Evolución para hacer su magia y hacer posible nuestra existencia.

En mi opinión

Un dato fundamental con el que discrepo es que en el documental se asume que en el Sistema Solar se formó el Sol y después se formaron los Planetas.

Teoría errónea, en mi opinión.

El Sistema Solar era una nube de gas, polvo y escombros en la que se formaron el Sol y los Planetas al mismo tiempo. Más precisamente, se empezaron a formar protoplanetas y más tarde planetas. El planeta más grande se convirtió en el Centro de Gravedad del Sistema Solar, aún cuando todavía no se habían empezado a producir las reacciones nucleares que lo convertirían en estrella. Los planetas, incluido el central, siguieron creciendo durante varios miles o millones de años hasta que el planeta central llegó a ser tan grande que, entonces sí, se encendió convirtiéndose en el Sol. Cuando el Sol se encendió su Viento Solar empujó las partículas de gas y polvo que aún no hubiesen sido atraídas por los planetas hacia el exterior, hacia al Cinturón de Kuiper. Pero para entonces los planetas actuales, y probablemente varios centenares más, ya existían. Y eso explica que en su composición contuvieran ya desde su origen una gran cantidad de agua.

Por otro lado, no se indica otro dato fundamental. Para que un planeta tenga un campo magnético intenso que lo proteja de las radiaciones solares no basta que tenga el núcleo fundido. También es preciso que el planeta tenga una Luna Gigante que haga que, con su fuerza de gravedad, mantenga el núcleo en movimiento. Si no fuera por la Luna, el núcleo sólido de la Tierra rotaría a la misma velocidad que la corteza, no se generarían las corrientes magmáticas necesarias para formar un campo magnético intenso y no estaríamos protegidos de las radiaciones solares.

La fuerza de atracción de la Luna es la que hace que estemos protegidos de las intensas radiaciones solares por un intenso campo magnético que ha conservado los océanos de la Tierra, haciendo posible nuestra existencia.

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