La Tierra Temprana - Cienciorama

 La Tierra Temprana
J. Rubén G. Cárdenas*
Los primeros 770 millones de existencia de la Tierra se conocen como el
eón Hadeico. El término eón se refiere a cada una de las divisiones
mayores de la historia de la Tierra desde el punto de vista
paleontológico y geológico (1). El eón Hadeico comienza cuando la Tierra
se forma, hace aproximadamente 4,570 millones de años y termina
hace 3,800 millones de años cuando comienza el eón Arcaico. La palabra
Hadeico proviene de la palabra griega Hades, que denominaba al
inframundo griego. En la mitología griega, Hades era un lugar oscuro,
frío y misterioso.
Este nombre parece encajar muy bien con la percepción popular que se
tiene acerca de que la Tierra joven era un lugar sumamente caótico,
muy caliente y seco, lleno de mares de magma y numerosas erupciones
volcánicas. Esta percepción se debe, entre otras cosas, a que en el
Hadeico se presentó un evento estelar que se conoce como el
Bombardeo Intenso Tardío, el que sucedió hace aproximadamente 4,000
millones de años, en el que la Luna y otros cuerpos del Sistema Solar
sufrieron frecuentes impactos sumamente violentos de grandes
asteroides.
Figura 1. Representación artística de la concepción que se tiene del
periodo Hadeico, Imagen tomada de: http://journalofcosmology.com/
La superficie de la Luna está llena de cicatrices de impactos provocados
por estos asteroides, y la Tierra habría recibido un bombardeo aún más
intenso. Según todo esto, la vida entonces no habría podido aparecer
sobre la Tierra hasta que el bombardeo de asteroides cesara, lo que se
cree que sucedió hace alrededor de 3,850 millones de años.
Esto último bien podría no ser verdad. En la última década, a partir
de análisis de los minerales más antiguos que se conocen, cristales de
4,400 millones de años llamados zircones, que están incrustados en
rocas muy antiguas en Australia y el oeste de Canadá- la concepción
que teníamos del eón Hadeico ha cambiado. Ahora, la gran mayoría de
los geólogos están de acuerdo en que hace 4,200 millones de años, la
Tierra era un lugar plácido. Ya había océanos y tierra firme. El ambiente
podría haber estado congelado en vez de infernalmente caliente debido
a que el Sol produciría en ese entonces 30 por ciento menos de energía
que en la actualidad.
Figura 2. El cristal de zircon
En esta década se han realizado investigaciones que están
proporcionando pistas que podrían ser fundamentales para explicar con
más detalle al periodo Hadeico que se basan en el estudio de los
cristales de zircón. Un trabajo publicado en la revista Nature (2), refiere
que los minerales atrapados dentro de estos cristales ofrecen evidencia
de que los procesos de la tectónica de placas (las fuerzas que empujan a
la corteza exterior del planeta formando y configurando a los
continentes y a los océanos) ya habían comenzado en esa época. Por
tanto, ya se habría formado una hidrosfera y habría ya una corteza
continental.
Sin embargo, la fecha exacta del origen de la vida en la Tierra es aún
una incógnita. La evidencia de vida más antigua que se conoce se
encuentra en algunas rocas de Groenlandia que están datadas en 3,830
millones años. Si asumimos que estas muestras representan la vida más
antigua, entonces significaría que ésta empezó inmediatamente después
del final del Bombardeo Intenso Tardío, esto es, en el primer instante en
que le fue posible. Sin embargo, según esta nueva investigación, la vida
podría haberse generado millones de años antes de lo pensado.
El trabajo de estos investigadores se basó en los estudios de las rocas
del oeste de Australia, exactamente en la región de Jack Hill. Las rocas
tienen apenas 3,000 millones de años, pero contienen zircones que son
aún más antiguos. Los cristales de zircón, hechos principalmente de
oxígeno y silicio, son extremadamente duros y resistentes y pueden
sobrevivir aún en condiciones que erosionarían, fusionarían o
transformarían la roca a su alrededor.
Figura 3. A la izquierda, una vista de las rocas utlizadas en el estudio, a
la derecha, una imgen artística de cómo pudo ser el period Hadeico.
Tomada de: www.nyt.com
Los investigadores estudiaron los granos de minerales atrapados dentro
de los cristales de zircón y los fecharon con una edad de entre 4,000 y
4,200 millones de años. A partir del análisis de los distintos elementos
que se identificaron en estos minerales, pudieron calcular la profundidad
y la temperatura a los cuales se cristalizó el zircón, que fueron 1.6km de
profundidad y 704ºC, respectivamente. Además, los estudios sugieren
que el flujo de calor que salía de la Tierra hacia la superficie en esa
región era de sólo 75mW/m2. Eso, aunque es definitivamente mucho
más caliente que hoy en día, es entre 3 y 5 veces menor que la cantidad
de flujo de calor que se había calculado hasta hace poco para esa época.
Esto significaría que aquellos cristales se formaron en una parte
relativamente fresca de la corteza de aquél entonces.
En la Tierra actual, una zona con esas características, se le conoce como
una zona de subducción, ahí donde una placa oceánica se desliza por
debajo de una placa continental hacia el manto. Los materiales que
forman a la placa oceánica al verse sometidos a las enormes presiones
ejercidas por la placa continental, se combinan con los materiales de
ésta (en un proceso de fundido) a temperaturas relativamente bajas.
Los científicos creen que el alto contenido de agua y las relativamente
bajas temperaturas calculadas a partir del análisis de los cristales de
zircón, apuntan a que quizás, los de hace más de 4,200 millones de
años, se formaron en una zona de subducción. Y una zona como esta,
no podría existir sin que existiese algún tipo de tectónica de placas.
Por otro lado, los contenidos relativamente altos de oxígeno-18 en los
zircones en comparación con el oxígeno más común (oxígeno-16),
apuntan a la presencia de agua. Debido a la edad de los zircones, su
historia parece comenzar poco después de la formación de la Tierra,
(estimada en aproximadamente 4,500 millones de años) cuando agua
líquida interactuaba con las rocas. Esa interacción puede producirse de
tres maneras: cuando se producen intercambios entre el agua y los
minerales de las rocas; cuando aparecen cristales a partir de soluciones
en el agua subterránea o cuando se depositan vetas minerales. Debido a
esta interacción, la normalmente baja proporción del isótopo oxígeno-18
en las rocas aumentó hasta superar la proporción del isótopo-16, mucho
más común.
Los zircones también contienen suficiente uranio el cual puede ser
fechado de una manera precisa midiendo el decaimiento del uranio-235,
con una vida media de 4,500 millones de años. En 2001, dos grupos,
uno dirigido por el Dr. Harrison y el otro por John W. Valle de la
Universidad de Wisconsin, informó que los zircones australianos se
formaron durante el período de Hadeico hace 4,400 millones de años y
se unieron más adelante con las rocas mas jóvenes, con una edad de
3,000 millones de años.
Muchos geólogos, sin embargo, creen que la corteza era muy delgada o
el interior muy caliente como para que se llevara a cabo un proceso
tectónico. Por ejemplo, ni Venus ni Marte, muestra signos evidentes de
fenómenos de tectónica de placas, pasada o presente, lo que sugiere
que sólo en un rango limitado de temperatura planetaria tiene lugar el
fenómeno tectónico.
El asunto es que si la tectónica de placas estuviera transformando la
corteza terrestre durante el eón Hadeico, no solamente le empezaría a
dar forma a la Tierra misma, sino también moldearía al aire y por lo
tanto al clima.
La atmósfera del periodo Hadeico se había estimado anteriormente
como muy densa y hecha básicamente de dióxido de carbono por lo cual
atrapaba al calor del Sol en su interior (un efecto Invernadero) elevando
la temperatura media de la superficie a 88ºC, cerca del punto de
ebullición. Pero si los procesos de la tectónica de placas hubieran
comenzado desde ese entonces, una gran parte del dióxido de carbono
hubiera sido transformado en rocas carbonatadas a través de un
proceso que se conoce como litificación(3), disminuyendo por tanto la
temperatura en la superficie.
El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero que
contribuye a que actualmente la Tierra tenga una temperatura
habitable, siempre y cuando se mantenga dentro de un rango
determinado. Sin dióxido de carbono, la Tierra sería un bloque de
hielo(4).
Según estas hipótesis, en el periodo Hadeico tendríamos por un lado, un
proceso de tectónica de placas que contribuiría a la formación de una
atmósfera estable con una temperatura, si bien más alta que la actual,
no tanto como para hervir al agua y cambiar su fase. Por otro lado,
tendríamos una fuente de energía continua (el Sol joven) que emitiría la
suficiente radiación como para calentar la superficie de nuestro planeta
sin dañarla.
Más hipótesis y controversias
Investigaciones han postulado que durante los 700 millones de años que
duró el periodo Hadeico la Tierra fue golpeada por alrededor de 5
objetos, cuatro de estos, supuestamente mas anchos que de 200 millas.
Con ese tamaño, esas colisiones hubieran sido lo suficientemente
violentas como para vaporizar a casi todos los océanos (en contraste: el
objeto más reciente que golpeó a la Tierra era de casi 6 millas de ancho
y contribuyó a la extinción de los dinosaurios). Pero simulaciones
numéricas actuales predicen que los impactos del Bombardeo Intenso
Tardío pudieron no ser tan letales como pensábamos. Según los
resultados, a partir de distintos modelos numéricos, se puede concluir
que aún rocas de 300 millas de ancho chocando con la Tierra no
extinguirían a todo lo vivo; y si bolsas de protección se formaran, por
ejemplo en las profundidades de los océanos, entonces los organismos
capaces de desarrollarse en condiciones de alta temperatura, (como los
que viven actualmente en las fuentes hidrotermales), hubieran
sobrevivido.
Para responder a ciencia cierta si la vida existió durante el periodo
Hadeico, se necesitaría encontrar carbón de aquellas épocas y
analizarlo. A pesar de los 160,000 cristales de zircón analizados en esta
investigación, no se ha encontrado ninguna pieza de carbón analizable.
(Otro grupo de investigación reportó la presencia de pequeños
diamantes -formados por carbón- en muestras de piedra de lugares
cercanos, pero esto no ha sido confirmado).
La búsqueda de cantidades de roca más grandes del periodo Hadeico
continúa. En 2008, varios investigadores (5) informaron que una franja
de lecho de roca en el norte de Quebec podría tener 4,280 millones años
de edad, lo que proporcionaría una muestra de material sustancial para
estudiar. La franja incluye estructuras intrigantes conocidas como
formaciones de hierro bandeado, que se cree que sólo se producen con
la ayuda de los organismos vivos. A pesar de esto, otros científicos han
cuestionado la edad de las rocas, y sugieren que su edad puede ser
realmente de 3,800 millones de años.
Y así prosigue la búsqueda: derrumbando antiguas teorías, encontrando
pruebas y comprobando nuevamente que no existe conocimiento
completo. Del planeta Tierra, como hemos visto, aún nos falta mucho
por conocer.
Notas
1
Los eones Hadeico (4,500 a 3,800 millones de años), Arcaico (3.800 a
2.500 millones de años) y Proterozoico (2.500 millones de años hasta
hace 542) forman el supereón Precámbrico (4,500 a 542 millones de
años).
3
La litificación es un proceso por el cual un sedimento depositado en un
determinado medio se convierte lentamente en una roca sedimentaria
de características estables, casi siempre más coherente (dura) que el
sedimento de partida.
4
Por otro lado, un exceso de dióxido de carbono acentúa el fenómeno de
invernadero, reduciendo la emisión de calor al espacio y provocando un
mayor calentamiento del planeta.
Bibliografía
*Chang, Kenneth, A New Picture of the Early Earth
Times. Diciembre 1, 2008.
. The New York
2
*Hopkins, Michelle; Harrison, T. Mark y Manning, Craig E., Low heat
flow inferred from >4 Gyr zircons suggests Hadean plate boundary
interactions , Nature 456, 493-496, noviembre27, 2008..
5
*O'Neil, Jonathan; Carlson, Richard W. ; Ross, Don; Stevenson, Francis
K., Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust , Science : Vol.
321. no. 5897, pp. 1828
1831, septiembre 26, 2008.
-----------------------------------------------------------------* Posgrado de Ciencias de la Atmósfera. UNAM