Construyendo una Tierra habitable

Los astrobiólogos tienen un fuerte interés en comprender las condiciones que prevalecieron en la Tierra primitiva, pero el registro de los primeros 650 millones de la historia terrestre han desaparecido. Las primeras etapas que hicieron que nuestra planeta fuera apto para la vida no están registradas en las rocas que tenemos actualmente. La Tierra no era un planeta habitable cuando se formó: era un caldero hirviente de material fundido, con material de impacto que llovía desde las alturas a medida que la joven Tierra barría los remanentes del disco solar que caían bajo su influencia gravitatoria. A los efectos de re-contar la historia de la vida sobre la Tierra, primero deberemos comprender la estructura del planeta a finales de esta era de acreción.

Francis Albarède, de la Ecole Normale Supérieure en Lyon, Francia, ha indicado que no sabemos nada sobre la mineralogía y la estructura iniciales de la Tierra. Esto es así porque tanto la tectónica de placas como la alteración y la erosión han destruido los registros geológicos más antiguos. El material más viejo descubierto hasta ahora en un mineral, un zirconio, que data de 4 400 millones de años atrás. La roca más antigua que se puede sostener en la mano tiene 4 100 millones de años de edad. Y si se desea dar un paseo por la Tierra primitiva, hay que ir hasta Isua, en Groenlandia, donde una franja de la corteza continental data de hace 3 800 millones de años. La recuperación del registro de la Tierra primitiva debe mucho a una década de rápidos progresos en la cual los geólogos mejoraron la precisión del fechado de las rocas. Por ejemplo, la desintegración del uranio en plomo permite a los científicos determinar la edad de una roca con una precisión de menos de un millón de años (si es que la roca contiene algo de uranio). Como resultado de estas mejoras en la cronología, nuestra imagen de la formación de la Tierra se está haciendo cada vez más clara. Los primeros objetos planetarios de nuestro sistema solar se formaron probablemente hace 4.568 millones de años. Tomó apenas unos pocos millones de años de colisiones para convertir al polvo de la nebulosa solar en objetos de hasta 100 kilómetros de diámetro. Los meteoritos más antiguos, las condritas, son sobrevivientes de esa era. Las colisiones continuaron, creando objetos aún mayores gracias a la consolidación y a la fusión. Observando la desintegración radioactiva del hafnio en tungsteno, los geólogos han concluido que la formación del fundido núcleo metálico de la Tierra se completó probablemente en 30 millones de años.  ¿Cómo era la Tierra justo después de 30 millones de años del comienzo de la formación planetaria? La capa exterior, conocida como manto, estaba fundida como resultado de la energía gravitatoria liberada durante la acreción.

Nuestro planeta estaba cubierto completamente por un océano de magma (el magma es una roca fundida similar a la lava volcánica actual). “Sin una corteza continental estable, no se puede tener vida tal como la conocemos”, dice Hervé Martin del Observatoire de Physique du Globe en Clermont-Ferrand, Francia, quien estudia la corteza continental más antigua y el magma que la generó. Martín y sus colegas han derivado las condiciones de presión y temperatura bajo las cuales se formaron las rocas antiguas, y determinaron que se derivaba del basalto. “Más tarde, la fusión del basalto dio origen al granito que compone los continentes”, dice Martin. “La pregunta es: ¿dónde tuvieron lugar esos procesos de fusión y formación? Para responder esa pregunta, Martin y sus colegas han ido a los análogos de la Tierra primitiva que existen actualmente sobre nuestro planeta. Estudian las zonas de subducción, regiones donde la corteza basáltica oceánica está siendo absorbida por el manto.

Mientras que la mayoría de las modernas zonas de subducción muestra gradientes geotérmicos bajos, en algunos escasos lugares (Chile, las Aleutianas, Ecuador, Filipinas, etc.) se encuentran regímenes termales altos, similares a los que se podían esperar en la joven Tierra caliente. En estos lugares, los magmas generados tienen exactamente la misma composición de la corteza continental de la Tierra primitiva. Esto lleva a Martin y a sus colegas a la conclusión de que la formación de la corteza primitiva, y de los continentes, ocurrió en un ambiente de subducción por fusión del basalto en las profundidades. Esta investigación sobre la Tierra primitiva tiene conexiones obvias importantes con la astrobiología. La tectónica de placas, que continuamente remodela la superficie de nuestro planeta, era mucho más activa en el pasado, cuando las placas eran más pequeñas. Lo que es crucial, un planeta con tectónica de placas activa es capaz de distribuir más eficientemente los nutrientes minerales y químicos que se requieren para el desarrollo de la vida, por ejemplo a través de una actividad hidrotermal más eficiente. Es algo bien conocido que la vida terrestre requiere agua y una fuente de energía. En este sentido los zirconios de 4 400 millones de años de edad cuentan una historia interesante. El micro-análisis de sus cristales revela que la corteza continental primitiva era lo suficientemente estable y extendida como para escapar de la destrucción total mientras los escombros cósmicos continuaban bombardeando la Tierra (durante el Gran Bombardeo Tardío).

El análisis de los isótopos de oxígeno en los cristales de zirconio sugiere que, cuando se formaron, la corteza de la Tierra primitiva estaba interactuando con agua líquida. Esto implica que probablemente la Tierra tenía agua líquida y quizás incluso océanos sobre su superficie, en épocas tan tempranas como hace 4 400 millones de años atrás. #4# Antiguos cristales de zirconio sugieren que había agua líquida sobre la superficie de la Tierra, hace 4 400 millones de años. Crédito: Mitton Aunque los astrobiólogos tienen ahora un conocimiento razonable sobre el origen de las placas continentales y la importancia de la tectónica de placas sobre el origen de la vida, no se puede sostener lo mismo con respecto a los océanos. El agua no deja muchos indicios geológicos. Según Daniele Pinti de la Université du Québec en Montreal, Canadá, la astrobiología tiene dos preguntas centrales. Primero, ¿cómo y cuándo llegó el agua a la Tierra? Y segundo, ¿cuándo decreció el flujo interno de calor lo suficiente como para permitir que el agua líquida se mantuviera estable en la superficie? En general, la comunidad científica está de acuerdo en que el agua llegó a la Tierra durante la etapa final de acreción a partir de la nebulosa solar. Hay diferencias de opinión sobre el modo de transporte. Algunos han propuesto que los impactos de cometas fueron la fuente de agua, una idea que emociona a los astrobiólogos porque los cometas son también un gran recurso de las moléculas orgánicas necesarias como bloques constitutivos de la vida. Por otro lado, otros científicos proponen los impactos de asteroides. Un enfoque basado en los isótopos de hidrógeno concluye con que la contribución cometaria no puede ser superior al 10 o 15%. El aspecto final que debe ser considerado cuando se construye una Tierra habitable es el origen de su atmósfera.

Aquí, la situación es incluso más incierta. La primera atmósfera habría tenido una composición similar a la del Sol, en la que dominaba el hidrógeno. Pero la gravedad terrestre era demasiado débil como para retener al hidrógeno, de modo que éste escapó hacia el espacio. Como sucede con el agua, para encontrar la fuente de nuestra atmósfera se necesita un origen extraterrestre. El polvo cósmico puede ser responsable por el nitrógeno, que conforma alrededor del 80% de la atmósfera actual. Hay también fuertes indicios de que el carbono requerido para el dióxido de carbono debe haber surgido de impactos meteoríticos. La opinión consensuada de Martin y de sus colegas es que la Tierra muy joven (hace más de 4 400 millones de años) era totalmente incapaz de sostener la vida tal como la conocemos. Después de esa fecha, la Tierra presentó ambientes potencialmente aptos para la química prebiótica y para la aparición de la vida (corteza continental estable, tectónica de placas, océanos de agua líquida, bajo flujo de meteoritos, etc.). Si el planeta era potencialmente habitable, no hay evidencia de que efectivamente la vida comenzó durante ese período. Hace entre 4 000 y 3 850 millones de años, la Tierra fue sometida a un intenso y catastrófico bombardeo meteorítico, que pudo haber rellenado la superficie del planeta, vaporizado océanos, y posiblemente destruir la vida, si es que ésta existió antes. por Simon Mitton