Origen del Agua en la Tierra

 

“Esta entrada participa en la Edición IX del Carnaval de Geología cuyo blog anfitrión es MasScience”

Actualmente conocemos que algunas de las rocas terrestres más antiguas (de algo más de 4.000 millones de años) fueron originalmente depositadas como sedimentos en agua, lo que significa que nuestro planeta ya presentaba una hidrosfera poco tiempo después de su formación. Sin embargo las cuestiones sobre el origen y en particular sobre porqué hay más agua en la Tierra que en los cuerpos similares del Sistema Solar, están todavía en discusión.

TEORÍAS DEL ORIGEN DEL AGUA EN LA TIERRA

En la actualidad se plantean dos teorías sobre el origen del agua en la Tierra: la teoría volcánica  y la teoría extraterrestre de los meteoritos transportadores de agua.

El origen del Agua en la Tierra ha sido ampliamente discutido. Actualmente, predominan 2 teorías.

Ambas teorías siguen en tela de discusión por las escuelas de científicos que toman una u otra posición, aunque actualmente se ha visto que lo más razonable es aceptar ambas teorías ya que una complementa en gran manera las falencias y vacíos de la otra y viceversa.

El agua y la Atmósfera

De acuerdo con diversos estudios, apareció en la Tierra desde hace cuando menos 3800 millones de años.

Durante mucho tiempo se ha pensado que nuestra atmósfera se originó a partir de un proceso de desgasificación de una Tierra primigenia muy caliente, y que posteriormente, según fue enfriándose el planeta, el vapor de agua se condensó y precipitó en un enorme diluvio que formó la primera hidrosfera.

Se ha especulado mucho sobre si la primera atmósfera pudo escaparse al espacio debido a las altas temperaturas reinantes, o bien a un viento solar más intenso que en la actualidad, o a las características del planeta: de menor tamaño y gravedad, en los episodios iniciales de su formación; en cualquier caso posteriormente, gracias al vulcanismo, se originaría la atmósfera actual, que sería, según estas hipótesis, de segunda o tercera generación.

Sin embargo actualmente se piensa que la gran cantidad de agua terrestre no puede ser explicada únicamente con las aportaciones del interior del propio planeta, y en los últimos años han cobrado mucha fuerza las ideas que sugieren un protagonismo extra-terrestre, en concreto que el agua terrestre debe proceder de las regiones exteriores del sistema solar.

TEORÍA VOLCÁNICA

La Teoría Volcánica, establece que el agua provino del interior de la Tierra.

La teoría volcánica  plantea que el agua se formó en el centro de la Tierra, por reacciones a altas temperaturas (800 ºK o 527°C) entre átomos de hidrógeno y oxígeno. Las moléculas formadas por esta reacción fueron expelidas a la superficie terrestre en forma de vapor (por la temperatura a la que se encontraban); algo de este vapor de agua pasó a formar parte de la atmósfera primitiva (esta atmósfera primitiva carecía de oxígeno molecular), y otra parte se enfrió y condensó para formar el agua líquida y sólida de la superficie terrestre.

Este proceso tomó millones de años, pero las evidencias experimentales que se tienen actualmente plantean que el agua está presente en la Tierra cuando menos desde hace unos 3800 millones de años.

La Tierra se formó hace unos 4600 millones de años por la conglomeración de partículas sólidas. La desintegración de las especies radiactivas y la conversión en calor de la energía cinética y potencial del polvo que formó al planeta elevó la temperatura hasta formar un núcleo líquido de metales que se enfrió liberando, por medio del vulcanismo, una vez que se originaron los primeros protocontinentes, gases volátiles que formaron una atmósfera de agua, gases de carbón y de azufre y halógenos (flúor, cloro, bromo y iodo). Se calcula que este proceso tomó 500 millones de años.

Cuando la temperatura era de 600 grados Celsius, casi todos esos compuestos estaban en la atmósfera, pero al descender por debajo de 100 grados Celsius, el agua y los gases ácidos se condensaron, reaccionando con la corteza terrestre y formando los primeros océanos.

El único compuesto que faltaba en aquel entonces era el oxígeno, pues este gas no provino del enfriamiento de la corteza. Las primeras cantidades de oxígeno se formaron por la fotodisociación del agua, es decir, por el rompimiento de moléculas de agua por la acción de los rayos ultravioleta del Sol. Más tarde, cuando hubo organismos capaces de efectuar la fotosíntesis, se enriqueció la atmósfera en este compuesto.

Los mecanismos por los que esto sucedió son todavía un gran misterio, aunque se han sugerido dos caminos:

1. Enfriamiento rápido por el cual el agua y el ácido clorhídrico se condensaron formando océanos calientes y ácidos que reaccionaron vivamente con la corteza
2. Enfriamiento lento en el que el agua de la atmósfera fue atrapada por las rocas: en este segundo caso la atmósfera habría sido rica en bióxido de carbono y no habría habido océanos, siendo nuestro planeta como ahora es Venus; los océanos en este caso se habrían formado más tarde.

En todo caso la presencia de bacterias y posiblemente algas en rocas de hace 3 000 millones de años indica que para ese tiempo la temperatura era ya inferior a 100 grados Celsius y ya se habían formado los océanos

TEORÍA DE LOS  METEORITOS Y COMETAS

La Teoría extraterrestre apunta a los meteoritos y cometas como posibles fuentes de agua.

La teoría más reciente atribuye el origen del agua a causas extraterrestres. Numerosos estudios realizados por la NASA apoyan los planteamientos de Tobias, Mojzsis  y Scienceweek,  quienes afirman que el agua llegó a la Tierra en forma de hielo, en el interior de numerosos meteoritos, que al impactar sobre la superficie terrestre liberaron este compuesto y llenaron los océanos (o al menos parte de ellos). Cuando esta teoría fue planteada recibió una gran cantidad de críticas y censuras, pero estudios referidos por Mojzsis  hablan de otros impactos de meteoritos sobre la Tierra, a los cuales se atribuye el haber contribuido con concentraciones significativas de otros elementos y moléculas químicas a la “sopa” donde se originaron las macromoléculas orgánicas y los coacervados.

Posteriormente, científicos de la NASA han comunicado algunos descubrimientos que constituyen la primera evidencia sólida para este suceso: análisis del cometa S4 LINEAR han mostrado una similitud muy grande entre la composición y estructura química de éste con el agua que actualmente existe en los océanos de la Tierra, así como estudios de presencia de deuterio (átomos de hidrógeno con un neutrón extra, característicos de este tipo de cometas) inclusive en las profundidades de los mares, siendo que el DO se encuentra en toda el agua –independientemente del tipo de cuerpo de agua o la profundidad– en una relación natural aproximada de 99.85% de H y 0.15% de D.

La explicación a partir de impactos de cometas ha tenido mucho apoyo, pero recientes estudios de alguno de los que han pasado cerca del Sol (Halley, Hyakutate y Hale-Bopp), nos muestran que su contenido en isótopos de Hidrógeno no coincide con el del agua oceánica. Sin embargo, el agua de nuestros océanos sí es muy parecida a la de los asteroides situados en la parte exterior del cinturón de asteroides (que pueden contener un 10% de su peso de un agua), por lo que actualmente los impactos de estos asteroides parecen ser los principales protagonistas en la explicación de las enormes cantidades de agua de la Tierra primigenia.

Consideraciones y problemas de ambas teorías

Cometa. Ambas teorías dejan huecos sin resolver, por lo que la fusión de ambas podría ser la solución.

Si bien ambas teorías son muy distintas y tienen poco en común, ambas todavía dejan algunas dudas sobre su validez, ya que ninguna de ellas explica del todo el origen del agua en el planeta.

• La teoría volcánica habla de una hidrogénesis masiva en el centro de la Tierra, proceso que fue desarrollándose paralelamente a la formación de la atmósfera primitiva, por lo que una parte considerable del agua generada por las reacciones químicas tuvo que evaporarse hacia el espacio o reaccionar con otros compuestos de la atmósfera primitiva.
• Por otro lado, si bien la presencia de hielo en algunos planetas, la luna y algunos cometas apoya la teoría extraterrestre, los niveles de xenón presentes en la atmósfera terrestre son diez veces mayores que los presentes en los cometas, aunque se debe considerar que esta variación puede estar influenciada por las condiciones de gravedad en la Tierra que son diferentes a las de los cometas, y que el xenón –como gas noble– no sufre reacciones químicas y no puede ser fijado como compuesto. En este caso la interpretación de la cantidad de xenón puede ser usada como prueba tanto para aceptar como para refutar la teoría extraterrestre, de acuerdo a cómo se interpreten estos hallazgos.

FUSIÓN DE AMBAS TEORÍAS

Las consideraciones anteriores sugieren, según Tobias, que el agua en la Tierra no fue originada por una sola causa, sino que más bien debería pensarse en un hipotético origen mixto, ya que de esta manera se complementan ambas teorías bajo un postulado lógico y coherente: parte del agua se originó en la Tierra por reacciones a elevadas temperaturas y erupciones volcánicas, y la otra parte provino de los cometas. Esta idea concuerda también con el planteamiento de que la atmósfera y los océanos se desarrollaron juntos. Sin embargo, tampoco existen pruebas contundentes para aceptar plenamente el origen mixto, y quedan abiertas las puertas al planteamiento de otras nuevas teorías.

Mitad del agua de la Tierra más antigua que el Sol

Investigaciones hechas en 2014, sugieren que el agua de la Tierra es mucho más antigua de lo que se creía.

Nuevas investigaciones realizadas por un equipo liderado por el astrónomo L. Ilsedore Cleeves (de la Universidad de Michigan, Ann Arbor) y Tim Harries (del departamento de física y astronomía de la universidad británica de Exeter,) quienes utilizaron un sofisticado modelo informático que permite simular las fórmulas químicas entre las moléculas de agua formadas en el Sistema Solar y las que existían previamente, arrojaron que entre 30 y 50% del agua que consumimos hoy en día es cerca de un millón de años más antigua que el Sol.

El trabajo, publicado el 25 de septiembre de 2014 en la revista estadounidense Science, alimentará el debate sobre si las moléculas de hielo de agua en los cometas y los océanos se formaron en el disco de gas y polvo alrededor del joven Sol hace 4.600 millones de años, o si provienen de una nube interestelar más antigua.

El equipo de investigadores se centró en el deuterio, una forma pesada de hidrógeno que se ha creado en el Big Bang, junto con hidrógeno normal. Hay alrededor de 26 átomos de deuterio por cada millón de átomos de hidrógeno en todo el universo, pero es seis veces más prevalentes en el agua en la Tierra y en otros cuerpos del sistema solar. Los científicos concluyen que cuando se forma el agua, la reacción de la creación de «agua pesada» rica en deuterio fue ligeramente más rápida que la creación de agua normal, por lo que la proporción de deuterio en agua a aumentado.

Pero el enriquecimiento de deuterio ocurre sólo en ciertas condiciones: el entorno debe ser muy frío (sólo unas pocas decenas de grados sobre el cero absoluto), además de que se necesitan oxígeno y algún tipo de radiación ionizante para que la reacción se lleva acabo. Todas esas condiciones están disponibles en el ISM (medio interestelar). En la radiación ionizante hay rayos cósmicos, partículas procedentes de fuentes distantes que giran a través del espacio a alta velocidad. Además, los astrónomos han observado agua en el ISM que está altamente enriquecida en deuterio, por lo que podrían ser fuente de agua del sistema solar.

El equipo construyó un modelo detallado de los procesos químicos que crean agua en un disco protoplanetario. Los resultados «aumentan la posibilidad de que algunos planetas fuera de nuestro Sistema Solar (exoplanetas) cuenten con las condiciones propicias y recursos de agua que permitan la existencia de la vida y su evolución», aseguró Tim Harries.

Referencias

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• Portal “El Universo”. Estudio determina que la mitad del agua de la Tierra es más antigua que el Sol. [En línea] 25 de septiembre de 2014. [Fecha de consulta: 28 de septiembre de2014] Disponible en: <http://www.eluniverso.com/vida-estilo/2014/09/25/nota/4029581/estudio-determina-que-mitad-agua-tierra-es-mas-antigua-que-sol>
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