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Un estudio de las Universidades de Colorado y Waterloo indican que las condiciones atmosféricas de la Tierra primitiva eran favorables para la vida.

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder (UC-Boulder) y de la Universidad de Waterloo en Ontario (UW), indica que durante la infancia de nuestro planeta su atmósfera contenía probablemente cantidades sustanciales de hidrógeno, un hallazgo sorprendente que podría alterar la forma en que piensan muchos científicos sobre el origen de la vida sobre la Tierra.

Publicado en el número del 7 de abril de la revista Science Express, el estudio de la simulación concluye que los modelos tradicionales que estimaban el escape del hidrógeno atmosférico hacia el espacio, estaban equivocados.

El nuevo estudio indica que hasta un 40 por ciento de la atmósfera primitiva consistía en hidrógeno, implicando un clima más favorable para la producción de compuestos orgánicos prebióticos como por ejemplo los aminoácidos, y en última instancia, la vida.

Los autores del artículo son el estudiante doctoral Feng Tian, el profesor Owen Toon y el investigador asociado Alexander Pavlov del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de UC-Boulder y el profesor Hans De Sterk del Departamento de Matemáticas Aplicadas de UW. El estudio fue financiado por el Instituto de Astrobiología y el Programa de Exobiología de la NASA.

“No esperaba este resultado cuando comenzamos el estudio”, dijo Tian, un estudiante doctoral del Centro de Astrobiología de UC-Boulder y autor principal del artículo. “Si la atmósfera de la Tierra era rica en hidrógeno, como hemos mostrado, los compuestos orgánicos podrían haberse producido fácilmente”.

Los rayos y los relámpagos eran una fuerza creadora de vida en los primeros tiempos de la Tierra.

La Tierra se formó hace unos 4 600 millones de años, y la evidencia geológica indica que la vida pudo haber comenzado aproximadamente unos mil millones de años después.

“Este estudio indica que el modelo de atmósfera terrestre primitiva rica en bióxido de carbono y pobre en hidrógeno, tipo Marte y Venus, con el que han estado trabajando los científicos durante los últimos 25 años, es incorrecto”, dijo Toon. En ese tipo de atmósferas, las moléculas orgánicas no se pueden producir a partir de reacciones fotoquímicas o de descargas eléctricas.

Toon dijo que la premisa de que la Tierra primitiva tuvo por largo tiempo, después de su formación, una atmósfera dominada por el CO₂, ha hecho que muchos científicos buscaran claves del origen de la vida en los conductos hidrotermales submarinos, en los manantiales de agua caliente, o en las moléculas orgánicas llegadas a la Tierra desde el espacio a través de meteoritos o polvo espacial.

El equipo concluye que aún si las concentraciones de CO₂ fueron grandes, las concentraciones de hidrógeno habrían sido aún mayores. “En ese caso, la producción de compuestos orgánicos con la ayuda de descargas eléctricas o de reacciones fotoquímicas podrían haber sido eficientes”, dijo Toon.

Los aminoácidos que probablemente se formaron a partir de materiales orgánicos en el ambiente rico en hidrógeno se podrían haber acumulado en los océanos o en las bahías, lagos y pantanos, mejorando los potenciales lugares de nacimiento de vida, informó el equipo.

Mares primitivos bajo la luz de un Sol joven.

El nuevo estudio indica que el escape de hidrógeno de la atmósfera primitiva de la Tierra fue probablemente dos órdenes de magnitud (o sea 100 veces) más lento que lo que creían previamente los científicos, dijo Tian. Esta tasa más lenta de escape se basa en parte en nuevas estimaciones sobre las antiguas temperaturas en los confines más altos de la atmósfera terrestre, a unos 8 000 km de altitud, donde se encuentra con el ambiente espacial.

Si bien los cálculos anteriores asumían que hace algunos miles de millones de años atrás la temperatura de la Tierra en la zona más alta de la atmósfera superaba los 800º C, los nuevos modelos matemáticos muestran que las temperaturas de entonces habrían sido de solamente la mitad.

De acuerdo con el estudio, los nuevos cálculos involucran a flujos supersónicos de gas escapando hacia la atmósfera superior como un viento planetario, en analogía con el viento solar.

“Estas resultados de simulaciones no son fáciles de obtener porque, matemáticamente, el flujo exhibe un punto singular donde su velocidad realiza una transición de subsónica a supersónica”, dijo De Sterk, quien hace poco fue contratado como miembro de la facultad para el nuevo programa interdisciplinario de Matemáticas Computacionales de UW.

Y agregó: “la utilización de herramientas y técnicas de matemática computacional apropiadas nos permitió alcanzar este enorme avance”.

El experimento Miller-Urey generaba chispas eléctricas (como modelo de relámpagos) en una mezcla de gases que imitaba a la primitiva atmósfera de la Tierra.(Picar en la imagen para una animación)

“Parece haber habido por años la presunción ciega de que el escape de hidrógeno hacia el espacio hacer 3 o 4 mil millones de años, era tan eficiente como el actual”, dijo Pavlov. “Demostramos que para ese entonces el escape estaba considerablemente limitado por las bajas temperaturas de la atmósfera superior y por la cantidad de energía que nos llegaba del Sol”.

A pesar de los niveles algo mayores de radiación ultravioleta proveniente del Sol en la infancia terrestre, la tasa de escape se habría mantenido baja, dijo Tian. El hidrógeno que escapara habría sido balanceado por el que surgía de los primitivos volcanes de nuestro planeta, haciéndolo un componente principal de la atmósfera.

En 1953, el estudiante graduado de la Universidad de Chicago Stanley Miller envió una corriente eléctrica a través de una cámara que contenía metano, amoníaco, hidrógeno y agua, produciendo así aminoácidos, que son considerados los bloques constitutivos de la vida.

“Creo que el estudio hace que los experimentos de Miller y de otros sean nuevamente relevantes”, dijo Toon. “En este nuevo escenario, los compuestos orgánicos pueden ser producidos eficientemente en la atmósfera primitiva, llevándonos otra vez al concepto de la sopa oceánica rica en ellos”.

En el nuevo escenario de UC-Boulder y de UW, es una atmósfera dominada por el hidrógeno y el CO₂ la que lleva a la producción de moléculas orgánicas, y no la atmósfera de metano y amoníaco utilizada en el experimento de Miller, dijo Toon.

Tian y otros miembros del equipo dijeron que el esfuerzo de colaboración continuará. La duración de la atmósfera rica en hidrógeno de la Tierra primitiva todavía es desconocida, dijeron.

Este verano (boreal) De Sterk trabajará en la parte de modelaje del flujo supersónico del proyecto en UW con la ayuda de estudiantes no graduados y financiado por el NSERC de Canadá.

NOTA: El artículo de la revista Science “Sopa prebiótica: nueva visita al experimento de Miller (exclusivo en castellano para Astroseti.org), puede ser leído aquí.

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Web Site: University of Waterloo
Artículo: “Early life atmosphere favourable to life: study ”
Fecha: Abril 07, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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