Tenemos que agradecer los cometas y los asteroides por el agua de la Tierra, según la teoría más difundida entre los científicos. Pero no es tan sencillo. Todavía es un misterio, y un nuevo estudio sugiere que no toda el agua de la Tierra fue entregada a nuestro planeta de esa manera.
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, y está en el centro de la pregunta que rodea el agua de la Tierra. Este nuevo estudio fue codirigido por Peter Buseck, profesor de Regentes en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio y en la Escuela de Ciencias Moleculares de la Universidad Estatal de Arizona. En él, los autores sugieren que el hidrógeno provenía, al menos parcialmente, de la nebulosa solar, una nube de gas y polvo que quedó después de que se formó el Sol.
Antes de profundizar en los detalles de este nuevo estudio, es útil analizar la teoría de larga data que puede reemplazar.
Durante mucho tiempo, la mayoría de los científicos creyeron la versión del agua de los cometas y asteroides del origen del agua aquí en la Tierra. Todo comienza con la formación del sol.
Cuando el Sol se formó a partir de una nube molecular, barrió la mayor parte del material en la nube, dejando un poco para todo lo demás: planetas, asteroides y cometas. Una vez que el Sol estalló en la vida con la fusión, un poderoso viento solar envió una gran cantidad de hidrógeno desde sus capas externas más allá de donde están los planetas rocosos internos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.
Este es el reino de los gigantes gaseosos, y lo más importante, los cometas y los asteroides. Los cometas son cuerpos helados y rocosos, que se cree que contienen cantidades significativas de hidrógeno expulsado por el Sol temprano, y también asteroides, aunque en menor medida. Se convirtieron en un depósito importante para el hidrógeno.
Cuando se formó la Tierra, era una bola fundida, su superficie se mantuvo en ese estado por colisión repetida con asteroides. Hasta ahora, todo bien, ya que el Sistema Solar temprano era un lugar mucho más caótico de lo que es ahora. A medida que los asteroides y los cometas golpeaban esta Tierra caliente, el agua y el hidrógeno se evaporaron en el espacio. A medida que la Tierra se enfrió con el tiempo, se permitió que el agua de colisiones de cometas y asteroides se condensara en la Tierra y no se evaporara al espacio. El agua se quedó pegada.
La evidencia de esto radica en las relaciones de isótopos. La relación del isótopo de hidrógeno pesado deuterio con respecto al hidrógeno normal es una firma química. Dos cuerpos de agua con la misma proporción deben tener el mismo origen, según el pensamiento. Y los océanos de la Tierra tienen la misma proporción que el agua en los asteroides.
Esa es una versión muy simplificada de la teoría generalizada de cómo el agua llegó a la Tierra.
Pero los científicos son descontentos, siempre tratan de tener una mejor comprensión de las cosas. Estaban cuestionando la teoría del "agua de los cometas" antes de que saliera este nuevo estudio.
En 2014, algunos científicos estudiaron el problema observando meteoritos de diferentes edades. (Los meteoritos son solo asteroides que han golpeado la Tierra). Primero, observaron lo que se conoce como "meteoritos de condrita carbonosa". Son los más antiguos que conocemos, y se formaron casi al mismo tiempo que el Sol. Son los bloques de construcción principales de la Tierra.
Luego, estudiaron meteoritos que creemos que se originaron en el gran asteroide Vesta. Vesta se formó en la misma región que la Tierra, unos 14 millones de años después del nacimiento del sistema solar. Según este estudio de 2014, los antiguos meteoritos se parecían a la composición del Sistema Solar y tienen mucha agua, por lo que han sido ampliamente considerados como la fuente del agua de la Tierra.
Las mediciones en este estudio de 2014 mostraron que estos meteoritos tienen la misma química que las condritas carbonosas y las rocas que se encuentran en la Tierra. Llegaron a la conclusión de que las condritas carbonáceas son la fuente más común de agua. En ese momento, Horst Marschall, uno de los autores del estudio, dijo: "El estudio muestra que el agua de la Tierra probablemente se acumuló al mismo tiempo que la roca. El planeta se formó como un planeta húmedo con agua en la superficie ". El equipo detrás de ese estudio reconoció que parte del agua provenía de los impactos.
Lo que nos lleva a este nuevo estudio, que refuerza las conclusiones del estudio de 2014.
Los autores de este nuevo estudio dicen que los océanos y sus proporciones de isótopos pueden no contar toda la historia. "Es un poco un punto ciego en la comunidad", dijo Steven Desch, profesor de astrofísica en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe, Arizona. "Cuando las personas miden la relación [deuterio a hidrógeno] en el agua del océano y ven que está bastante cerca de lo que vemos en los asteroides, siempre fue fácil creer que todo provenía de los asteroides". Es difícil culparlos; Es una evidencia bastante convincente.
"Es un poco un punto ciego en la comunidad". - Steven Desch, Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio, ASU.
Desch y los otros autores de este nuevo estudio apuntan a una investigación publicada en 2015 que muestra que los océanos de la Tierra pueden no ser representativos del agua primordial de la Tierra. Los océanos pueden haber ciclado entre la superficie y un depósito de agua más profundo, en lo profundo de la Tierra. Esto puede haber cambiado la relación con el tiempo, y puede significar que esta agua más profunda representa al menos parte del agua primordial verdadera de la Tierra. Y esa agua puede haber venido directamente de la nebulosa solar, en lugar de los impactos de cometas y asteroides.
El estudio desarrolla un nuevo modelo teórico de la formación de la Tierra para explicar estas diferencias entre el hidrógeno en los océanos de la Tierra y en el límite núcleo-manto.
Este nuevo modelo muestra grandes asteroides con registro de agua formados en planetas hace miles de millones de años en la nebulosa solar que gira alrededor del Sol. Estos embriones planetarios sufrieron colisiones secuenciales y crecieron rápidamente. Eventualmente, dicen, una colisión lo suficientemente poderosa derritió la superficie del embrión más grande en un océano de magma. Este embrión más grande se convirtió en la Tierra.
Este gran embrión tenía suficiente gravedad para retener una atmósfera, y atraía gases, incluido el hidrógeno, el más abundante, de la nebulosa solar para formar uno. El hidrógeno en la nebulosa solar contenía menos deuterio y es más ligero que el hidrógeno asteroide. Se disolvió en el hierro fundido del océano de magma en la Tierra.
El hidrógeno fue arrastrado al centro de la Tierra por un proceso llamado fraccionamiento isotópico. El hierro atrae al hidrógeno y el hierro le entrega el núcleo de la Tierra. El deuterio, el isótopo de hidrógeno pesado, permaneció en el magma, que se enfrió para formar el manto de la Tierra. Los continuos impactos trajeron más agua y masa a la Tierra, hasta que alcanzó la masa que es hoy.
El punto clave en este nuevo modelo es que el hidrógeno en el núcleo de la Tierra es diferente al hidrógeno en el manto y en los océanos. El agua del núcleo tiene mucho menos deuterio. ¿Pero qué significa todo eso?
El nuevo modelo permitió a los autores estimar las cantidades de agua que provenían de los impactos de asteroides a medida que la Tierra crecía y evolucionaba, en comparación con la cantidad que provenía de la nebulosa solar cuando se formó la Tierra. Su conclusión? "Por cada 100 moléculas de agua de la Tierra, hay una o dos que provienen de la nebulosa solar", dijo Jun Wu, profesor asistente de investigación en la Facultad de Ciencias Moleculares y en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona y coautor principal de el estudio.
Este estudio es una nueva perspectiva sobre la formación, el desarrollo planetario y sobre cómo la vida temprana podría florecer en un planeta joven.
“Este modelo sugiere que la formación inevitable de agua probablemente ocurriría en cualquier exoplaneta rocoso suficientemente grande en sistemas extrasolares. Creo que esto es muy emocionante ". - Jun Wu, Facultad de Ciencias Moleculares y Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio en ASU, coautor principal.
Anteriormente, pensábamos que los únicos planetas que podrían tener vida en ellos tendrían que estar en un sistema solar rico en asteroides y cometas que contengan agua. Pero ese puede no ser el caso. En otros sistemas solares, no todos los planetas similares a la Tierra tienen acceso a asteroides cargados de agua. El nuevo estudio sugiere que cualquier exoplaneta habitable podría haber obtenido agua de la nebulosa solar en su sistema. La tierra esconde la mayor parte de su agua en su interior. La Tierra tiene aproximadamente dos océanos en su manto y 4 o 5 en su núcleo. Los exoplanetas pueden ser similares.
"Este modelo sugiere que la formación inevitable de agua probablemente ocurriría en cualquier exoplaneta rocoso suficientemente grande en sistemas extrasolares", dijo Wu. "Creo que esto es muy emocionante".
Sin embargo, hay un punto de advertencia en este nuevo modelo, y eso implica el fraccionamiento de hidrógeno. No se comprende bien cómo cambia la relación de deuterio a hidrógeno cuando el elemento se disuelve en hierro, que está en el centro de este nuevo modelo. Tenía que ser estimado en este nuevo estudio.
En general, el nuevo estudio encaja bien con otras investigaciones sobre el agua de la Tierra. Una vez que se realiza más trabajo sobre el fraccionamiento de hidrógeno, el nuevo modelo se puede probar de manera más rigurosa.
- Comunicado de prensa de AGU: "Los científicos teorizan una nueva historia de origen para el agua de la Tierra"
- Documento de investigación: "Origen del agua de la Tierra: herencia condrítica más ingasificación nebular y almacenamiento de hidrógeno en el núcleo"
- Documento de investigación: "Evidencia de agua primordial en el manto profundo de la Tierra"
- Documento de investigación: “Acreción temprana de agua en el sistema solar interno a partir de una fuente similar a la condrita carbonosa”
- Wikipedia: formación y evolución del sistema solar
- Wikipedia: 4 Vesta
