El Sistema Solar - La Tierra (II)

Hoy seguimos nuestro viaje por el Sistema Solar hablando sobre nuestro propio planeta, la Tierra. Hace unos días estudiamos la evolución de nuestro conocimiento sobre el planeta en la primera parte de este artículo, y hoy seguiremos con la historia del planeta — su formación y evolución a lo largo de los eones.

No pretendo, en la entrega de hoy, realizar un recorrido exhaustivo por la historia de la Tierra: esta serie está centrada en la astronomía, y no quiero dedicar demasiado tiempo a asuntos que no son el objetivo central. De modo que, aunque sé que queda pendiente una serie centrada en el planeta para hablar más en detalle de muchos asuntos (como el desarrollo de la vida, por ejemplo), por ahora trataremos el planeta con el mismo detalle con el que hemos tratado el resto — disfrutando con ello, pero sin pasarnos. Hablaremos del Precámbrico, la época en la que la Tierra era un planeta muy diferente del actual y cuando, de haberlo visto, nos hubiera parecido un planeta realmente extraño y hostil.

La Tierra durante el Hadeico

Dicho esto, retrocedamos juntos en el tiempo y volvamos al convulso período de la formación del Sistema Solar, hace unos 4.600 millones de años. Como dijimos allí, algunos de los planetesimales más afortunados se convierten en protoplanetas. Centrémonos en uno de ellos, ni muy cerca ni muy lejos de la estrella, una pequeña bola de material incandescente que brilla con un leve fulgor rojizo y aún recibe impactos múltiples que siguen aumentando su masa continuamente: la Tierra.

No quiero enterrar este artículo en nombres geológicos, pero sí soltar unos cuantos de especial interés. En el momento en el que la Tierra deja de ser un protoplaneta y se convierte en un planeta propiamente dicho (aunque todavía completamente fundido y no tan grande como es ahora), hace 4.600 millones de años, empieza el primero de los cuatro eones de duraciones diversas que componen la historia geológica de nuestro planeta: el eón Hadeico. Antiguamente se hablaba simplemente de Precámbrico, pero hoy se divide en tres eones distintos, de los que hablaremos a lo largo del artículo.

El nombre de este eón se debe a que las condiciones eran entonces muy parecidas a las del infierno (el Hades griego): la Tierra primitiva es una bola fundida de materiales bastante pesados y crece poco a poco todo el tiempo debido a impactos de planetesimales condenados a unirse a ella. Llega un momento, cuando el planeta tiene un tamaño de alrededor del 40% del actual, en el que su atracción gravitatoria es suficientemente grande como para no sólo retener material rocoso, sino también otros más ligeros, como moléculas de agua. A partir de entonces su composición se hace más variada y materiales más o menos volátiles de diversa índole forman parte de la enorme masa incandescente.

La temperatura de este infierno fundido es de un par de miles de grados. Por un lado, la contracción gravitatoria ha calentado mucho la masa inicial; además, los continuos impactos de planetesimales calientan el planeta primitivo y, para terminar de caldear la situación, los materiales radiactivos de la propia Tierra la calientan considerablemente. De hecho, el primer episodio realmente interesante en la historia de la Tierra se produce casi en su nacimiento: cuando la temperatura alcanza los 1538 °C el hierro de la Tierra naciente se funde y fluye hacia el centro, desplazando a materiales más ligeros que ascienden — se forman el núcleo y el manto, antes siquiera de que el planeta tenga un tamaño parecido al actual. Sin embargo, una vez que los impactos externos van disminuyendo en frecuencia, la Tierra empieza por fin a enfriarse.

Sin embargo, algo va a interferir en el lento y relativamente pacífico enfriamiento del planeta. La cuestión es que, por lo que sospechamos (aunque no estamos seguros) la Tierra no es el único protoplaneta que había en su órbita alrededor del Sol: hay otro más pequeño, que con el tiempo se convierte también en un planeta. Este planeta “hermano” de la Tierra en su formación suele llamarse Theia, la madre de la diosa de la Luna, Selene.

Theia probablemente orbitaba el Sol en la misma órbita que la Tierra, inicialmente unos 60° por delante o por detrás de nuestro planeta. Sin embargo, las condiciones no eran estables por aquel entonces: los planetas aún estaban creciendo, el entorno seguía bullendo con rocas más o menos grandes que seguían haciendo crecer a unos y otros a ritmos diferentes, y las fuerzas gravitatorias fluctuaban continuamente. Cuando Theia tenía más o menos la masa de Marte, las cosas empezaron a volverse caóticas: su distancia a la Tierra empezó a fluctuar más y más, hasta que en un momento dado se produjo un impacto entre los dos planetas nacientes.

Visión artística del impacto entre Theia y la Tierra. Crédito: NASA.

Ambos eran entonces básicamente meras bolas incandescentes, de modo que en el choque no se produjeron fracturas en masas sólidas. Más bien debe de haber sido algo así como el choque entre dos puddings más bien viscosos. En cualquier caso, no se trató realmente de un choque frontal, pero fue el final de Theia. La mayor parte de su núcleo se hundió en la Tierra y pasó a formar parte del núcleo del planeta más grande (aunque podríamos decir que el resultado fue un nuevo planeta, suma de los dos), mientras que la mayor parte de los materiales ligeros fueron despedidos al espacio.

Una parte de ellos no lograron escapar del campo gravitatorio terrestre, y formaron una especie de anillo de “basura rocosa” alrededor de la Tierra. Al ser mucho más pequeños, estos pedazos se enfriaron y solidificaron mientras giraban alrededor del planeta, y poco a poco fueron chocando unos con otros de modo que se formó un nuevo cuerpo celeste unido irrevocablemente a la Tierra: la Luna, de la que hablaremos en el próximo episodio de la serie. También estudiaremos con algo más de detalle esta teoría sobre su formación, denominada Teoría del Gran Impacto.

En cualquier caso, este incidente sucedió casi inmediatamente después de la formación de la Tierra –en términos geológicos, se entiende–: unos 40 millones de años después de que nuestro planeta pudiese llamarse propiamente así. Tras él, las cosas nunca fueron las mismas que antes, por supuesto: la Tierra tenía una inclinación de su eje respecto a la eclíptica mayor que antes, una masa un 10% más grande y un núcleo más pesado y, sobre todo, un satélite desmesuradamente grande, de una masa tan sólo 81 veces menor que la suya propia.

Sin embargo, con el tiempo las cosas se fueron calmando y el primitivo planeta siguió enfriándose más y más (el impacto de Theia lo había calentado de nuevo, por supuesto). La temperatura fue descendiendo hasta que hace unos 4.100 millones de años (unos 500 después de la formación del planeta) disminuyó hasta los 1.000 °C en su superficie. A temperaturas como ésa algunas rocas están fundidas pero otras no, con lo que la superficie del planeta estaba compuesta de “continentes” de roca sólida rodeados de “océanos” de roca fundida. Desde luego, estas masas sólidas no duraban mucho al principio: o bien corrientes de convección se los llevaban hacia las profundidades del planeta, o bien algún impacto meteórico los fundía. El escenario debía de ser realmente dantesco, muy apropiado durante este eón hadeico.

Imagina que pudieras verlo: manteniendo el equilibrio precariamente sobre una roca sólida miras al océano de magma burbujeante que te rodea, mientras los gases van escapando de las entrañas de la Tierra con silbidos infernales y formando una primitiva atmósfera. La Luna es una inmensa bola de fuego, aún candente, en el cielo: sí, digo inmensa bola de fuego. No se encuentra entonces a unos 384.000 km de la Tierra, sino a menos de 20.000 km, y su enorme presencia en el firmamento da un tono aún más rojizo a todo lo demás. ¿Quién ha dicho que un infierno no pueda ser bello?

El Nacimiento de la Tierra, de Chesley Bonestell. No te pierdas la Luna enorme y semifundida.

Sin embargo, curiosamente la combinación de un par de fenómenos pronto daría lugar a un paisaje bastante más parecido al actual, aunque sólo superficialmente: los materiales volátiles continuaban siendo expulsados por el planeta, al mismo tiempo que éste se enfriaba. Esta primitiva atmósfera estaba compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono, nitrógeno, vapor de agua e hidrógeno, además de metano, amoníaco y otros gases en menor proporción. Pero lo que la hacía especial no era su composición, ni siquiera su elevada temperatura: era su presión.

Cuando hablamos sobre Venus mencionamos la enorme presión de su atmósfera: como recordarás, al nivel del suelo es unas 90 veces mayor que la de la atmósfera terrestre. Que la de la atmósfera terrestre actual, claro: la atmósfera del Hadeico llegó a ser 250 veces más densa que la actual. Nuestras sondas enviadas a Venus hubieran sido trituradas cual cáscaras de huevo en nuestra propia atmósfera durante esta época.

Y esta enorme presión hizo que se produjera algo que puede parecer extraño: cuando la temperatura de la superficie era de más de 200 °C, empezó a llover. Como puede que sepas, la temperatura de ebullición del agua depende de la presión, y a una presión suficientemente alta puede tenerse agua líquida a temperaturas muy altas. Naturalmente, meter la mano en esos primitivos océanos te hubiera escaldado, pero eran de agua líquida.

Aunque la Tierra ya se hubiera enfriado por entonces de modo que su superficie era sólida, la actividad volcánica seguía siendo muy intensa y se seguían liberando gases a la atmósfera continuamente. Por lo tanto, aunque el paisaje no fuese tan infernal como al principio, la violencia seguía dominando el paisaje: la gigantesca presión atmosférica significó que durante millones de años fuera imposible ver el cielo, pues nubes profundísimas cubrían la superficie (por otro lado, no había nadie para verlo). La cantidad de vapor de agua liberada desde el interior del planeta había sido tan grande que, según se fue enfriando la atmósfera, la intensidad de las tormentas debió de ser inimaginable — océanos enteros pasaron de formar parte de nuestra atmósfera a caer en forma de agua líquida.

Pero, aunque el enfriamiento continuó, las cosas aún tardarían en calmarse: hace entre 4.100 y 3.800 millones de años, a finales de este eón Hadeico, se produjo otro fenómeno violentísimo que sacudió gran parte del Sistema Solar: es el período de Bombardeo Intenso Tardío –que los angloparlantes llaman LHB (Late Heavy Bombardment)– del que hablaremos más en detalle tras estudiar la Luna. Se piensa que durante este período algo perturbó la órbita de objetos del cinturón de asteroides o del cinturón de Kuipier, y se produjo un “bombardeo” de asteroides sobre los planetas internos que, de acuerdo con algunas teorías, debió de ser cataclísmico.

Aunque es difícil notar hoy los efectos de este bombardeo de asteroides sobre la Tierra, pues el planeta estaba aún caliente y la corteza que vemos hoy, con algunas excepciones muy contadas, es bastante más nueva que este período, se han estimado los efectos del LHB sobre la Tierra a partir de lo que observamos en la Luna, que no tenía tanta actividad geológica y se ha mantenido más o menos intacta desde entonces. Se piensa que esta continua lluvia de asteroides sobre la Tierra produjo decenas de miles de cráteres de más de 20 km de diámetro, y varios de cientos de kilómetros de diámetro. Es decir, un auténtico cataclismo.

Se han encontrado rocas en la Tierra más antiguas que el bombardeo tardío, de modo que al menos algunas partes de la corteza recién nacida sobrevivieron, pero la mayor parte debe de haber sido fundida de nuevo por los impactos, pues todas las demás rocas encontradas son, como mucho, de 3.800 millones de años de antigüedad, a finales de este período y del propio Hadeico: una época fascinante pero de una violencia tremenda. Otros piensan, por el contrario, que tal vez el bombardeo no fue tan intenso y que procesos geológicos normales fueron reemplazando la corteza y de ahí que no veamos la anterior a esa época.

Con el tiempo, la atmósfera se fue enfriando y su densidad disminuyó mucho, según parte de ella (como prácticamente todo el hidrógeno) se perdía en el espacio y otra parte quedaba fijada en rocas (como mucho dióxido de carbono) o simplemente llovía. El Sol no era entonces tan caliente como ahora –recuerda que va aumentando de temperatura lentamente todo el tiempo–, lo que también favoreció este enfriamiento. Cuando acaba el eón Hadeico y empieza el segundo eón geológico, el Arcaico (desde hace 3.800 hasta 2.500 millones de años), las condiciones de presión y temperatura atmosféricas son ya mucho más parecidas a las actuales, y existe un ciclo del agua propiamente dicho. Los océanos, inicialmente de agua dulce, empiezan ya poco a poco a contener sales disueltas según el agua de los ríos va arrastrándolas al llegar al mar una y otra vez.

En algún momento –no sabemos cómo ni cuándo– aparecen los primeros organismos vivos. Las condiciones eran bastante diferentes a las actuales, aunque la temperatura fuese parecida: recuerda que la composición de la atmósfera era bien distinta y, por ejemplo, apenas tenía oxígeno. Los primeros seres vivos fueron muy probablemente quimioautótrofos: obtenían el sustento mediante reacciones químicas sobre la materia inorgánica que los rodeaba, al igual que algunas bacterias extremófilas de la actualidad. Los primeros fósiles sólidamente aceptados datan de entre 3.200 y 2.800 millones de años, aunque estamos bastante seguros de que existían seres vivos bastante antes… pero no sabemos desde cuándo. Algunos incluso sospechan que ya existía vida primitiva antes del LHB, y que algunos de estos seres unicelulares sobrevivieron al cataclismo. En cualquier caso, se trata de organismos procariotas: la vida había nacido, pero estaba en su infancia, y seguiría así durante algunos miles de millones de años.

Mientras, las condiciones geológicas se siguen normalizando y la Tierra se comporta ya, como planeta, de un modo similar al actual: aparece la tectónica de placas, se forman cordilleras, se produce la subducción y la actividad volcánica va decreciendo poco a poco. Sigue siendo aún, en términos humanos, un lugar hostil, pero cada vez menos. El cambio más brusco (visto desde el punto de vista humano) se produce a principios del siguiente eón geológico después del Arcaico: el Proterozoico (entre unos 2.500 y 540 millones de años atrás). Por una combinación de procesos químicos de oxidación y la acción de los primeros organismos fotosintéticos, la composición de la atmósfera cambia y empieza a tener cada vez más oxígeno. En términos humanos, se hace por fin respirable. En términos de la inmensa mayoría de los seres vivos de entonces, se convierte en un veneno mortal.

De hecho, se la llama a veces catástrofe del oxígeno y crisis del oxígeno. El problema es que la mayor parte de los organismos de entonces, como las bacterias extremófilas del fondo del océano actual, vivían tan a gusto en la primitiva atmósfera reductora. Como mencionamos en el artículo sobre el oxígeno en Conoce tus elementos, nuestro cuerpo tiene sistemas que lo protegen de ser oxidado por el oxígeno atmosférico, pero una concentración demasiado grande es tóxica: muchos seres vivos de entonces no tenían nada por el estilo para protegerse, y cualquier concentración era tóxica. Una atmósfera oxidante en vez de reductora era un cambio tremendo, y se produjo lo que debió de ser una extinción masiva de organismos no resistentes al oxígeno.

No es el objetivo de este artículo hablar sobre la evolución de la vida sobre la Tierra, de modo que lo dejaremos aquí. Eso sí, me parece interesante recordar que es sólo en el cuarto y último eón geológico, el Fanerozoico, que aparecen organismos multicelulares en una explosión de vida, la explosión del Cámbrico, que convierte a la Tierra en un planeta que reconoceríamos como el nuestro. Pero el Fanerozoico empieza hace sólo unos 542 millones de años, y la vida llevaba existiendo sobre la Tierra al menos otros 2.800 millones de años. La vida multicelular es sólo la guinda del pastel, aunque sea una guinda muy interesante.

En la tercera y última entrega sobre la Tierra hablaremos sobre su composición y estructura.

Para saber más:

• Historia geológica de la Tierra
• The Precambrian

Accede al resto de la serie desde aquí.

Vía: El Tamiz