El sistema Tierra E-Book

New Scientist

• Herausgeber: Alianza Editorial
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: El libro de bolsillo - Ciencias
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 333

Veröffentlichungsjahr: 2023

Beschreibung

En unos momentos en que la especie humana parece enfrentarse a una encrucijada definitiva en su relación con el planeta que habita, este libro brinda una introducción clara y ordenada a las ciencias de la Tierra, con un tratamiento homogéneo, completo y atractivo de todos los aspectos científicos relevantes desde un punto de vista transversal y relacionándolos con la vida cotidiana y la defensa del medio ambiente. Así, sus capítulos tratan de la geología (exponiendo la estructura interna del planeta, su historia, los terremotos, la tectónica global, el campo magnético, la importancia del suelo para la biosfera y el devenir humano...), la oceanografía, las ciencias de la atmósfera (con especial hincapié sobre el calentamiento global y sus causas desde un punto de vista científico), la biología, la astrofísica y la geofísica. Son también de especial interés los capítulos acerca del cambio climático y el antropoceno, que analizan los efectos del ser humano sobre la Tierra.

Leseprobe

New Scientist

El sistema Tierra

La guía definitiva del mundoque llamamos nuestro hogar

Traducción de Dulcinea Otero-Piñeiro

Índice

Colaboradores invitados

Introducción

1. Años de formación

2. El gran abismo del tiempo

3. Por dentro y por fuera

4. Placas, seísmos y erupciones

5. Ideas cambiantes

6. Atmósfera, clima y tiempo

7. Océanos

8. Vida

9. Bienvenidos al Antropoceno

10. Cambio climático

11. Conclusión

50 ideas con los pies en la Tierra

Glosario

Créditos de ilustraciones

Créditos

Colaboradores invitados

David Cromwell escribe sobre las corrientes oceánicas en el capítulo 7. Fue investigador del Centro Nacional de Oceanografía de Reino Unido en Southampton, y en la actualidad ejerce como cofundador de los análisis de audiencias de la página en internet medialens.org.

John Gribbin presenta la estructura de la atmósfera en el capítulo 6. Es profesor visitante de astronomía en la Universidad de Sussex, Reino Unido, y autor de numerosos libros, entre los que figura la obra Planet Earth: A Beginner’s Guide (2012).

Susan Hough es sismóloga del Centro Sismológico del Sur de California y miembro de la Unión Geofísica Americana. En el capítulo 4 expone lo que sabemos sobre los terremotos y su predicción.

Jeff Masters aborda la meteorología extrema en el capítulo 6. Es cofundador del servicio de información meteorológica digital Weather Underground, donde ejerce como director de meteorología.

David Rimmer es profesor emérito de edafología de la Universidad de Newcastle, Reino Unido. Presenta el apartado dedicado al suelo en el capítulo 3.

Toby Tyrrell describe las flaquezas de la hipótesis de Gaia en el capítulo 8. Es profesor de ciencias del sistema Tierra en la Universidad de Southampton, Reino Unido, y autor de la obra On Gaia: A Critical Investigation of the Relationship between Life and Earth (2013).

Peter Ward es profesor de biología en la Universidad de Washington, en Seattle (EE. UU.), y autor de la obra The Medea Hypothesis: Is Life on Earth Ultimately Self-Destructive? (2015). Analiza la hipótesis de Gaia en el capítulo 8.

Gracias también a los siguientes autores: Anil Ananthaswamy, Colin Barras, Stephen Battersby, Catherine Brahic, Sue Bowler, Stuart Clark, Andy Coghlan, Philip Cohen, Daniel Cossins, Richard Fifield, Linda Geddes, Shannon Hall, Jeff Hecht, Bob Holmes, Joshua Howgego, Ferris Jabr, Victoria Jaggard, Graham Lawton, Michael Le Page, Rick Lovett, Myles McLeod, Michael Marshall, Katia Moscovitch, Rachel Nowak, Sean O’Neill, Stephen Ornes, Jheni Osman, Fred Pearce, Kate Ravilious, Christina Reed, Eugenie Samuel Reich, David Shiga, Colin Stuart, Richard Webb, Sam Wong y Marcus Woo.

Introducción

La Tierra es un lugar asombroso. Tal vez no nos lo parezca cuando miramos por la ventana y pensamos en lo normal que resulta todo, pero si se estudia más de cerca, como hacen los científicos, descubrimos cosas sorprendentes; cosas que quizá nos cueste creer. En ciertos momentos este planeta fue una masa incandescente de roca fundida y una bola de nieve gigantesca. Hubo un tiempo en que el Ártico albergó temperaturas tropicales, y todo el mar Mediterráneo se secó por completo hasta volver a rellenarse con la mayor de las inundaciones.

Incluso ahora dependemos de maravillas imperceptibles a diario. El planeta está resguardado de los perniciosos rayos ultravioletas por un escudo invisible, mientras que otro blindaje lo mantiene a salvo del torrente de partículas energéticas que emanan del Sol. El acogedor clima que tenemos es un prodigio en sí mismo, controlado por la naturaleza de los suelos, la ventilación de los océanos, la reflectividad de las nubes, la formación y erosión de las rocas, y las erupciones volcánicas que emiten gases que sirven tanto para enfriar como para calentar el planeta.

Y luego está el verdadero portento: la vida. Tal vez le parezca que usted (como representante de los seres vivos) no tiene nada de excepcional. Pero a una escala cósmica simplemente no es así. Usted nació en el único planeta del universo donde sabemos que existe la vida y, ciertamente, el único lugar con organismos que leen libros.

Otro detalle que hay que tener presente es que la vida no habita en la Tierra, sino que forma parte de ella. La importancia del suelo para suavizar el clima se debe a los microbios. Y las nubes reflejan más luz del Sol al espacio cuando los microbios que residen en la alta atmósfera las vuelven más blancas. Incluso algunas rocas de la corteza exterior del planeta están formadas por el cuerpo de criaturas desaparecidas hace mucho tiempo.

La Tierra no es tan solo una roca gigante suspendida en el espacio, sino una máquina en la que los seres vivos interaccionan con la geología, el agua, el hielo y la atmósfera. Todo está interconectado. El sistema Tierra ofrece una introducción para entender mejor todas estas cosas y cómo encajan entre sí.

Los dos primeros capítulos se dedican a la formación y la historia de la Tierra, y nos guían desde su primera aparición dentro de una nube de gas que giraba alrededor del joven Sol hasta el tsunami que separó Gran Bretaña del resto de Europa. El capítulo 3 se centra en la estructura del planeta. En él viajaremos desde la superficie, con su cubierta de suelo dadora de vida, hasta su compacto núcleo de hierro. Los capítulos 4 y 5 desarrollan la idea de la tectónica de placas, la cual nos ha permitido entender mucho mejor cuestiones como los terremotos, el termostato planetario y el desplazamiento futuro de los continentes.

Los capítulos 6, 7 y 8 analizan distintas «esferas» del planeta, empezando por la atmósfera. El ser humano pasa la mayor parte del tiempo en la capa respirable más baja, donde existe la vida y tiene lugar la meteorología, pero también realizamos incursiones a la frontera que nos separa del espacio. Para conocer la hidrosfera nos zambullimos en los océanos y examinamos las bombas descomunales que impulsan las corrientes globales. Por último, en la biosfera buscaremos las claves sobre cómo surgió la vida y cómo ha influido en el planeta desde entonces.

Para terminar, nos centraremos en la incidencia que ha tenido la humanidad en los sistemas de la Tierra. El capítulo 9 presenta el Antropoceno, la época geológica que se ha denominado así para reconocer el gran impacto que el ser humano ha tenido en el orbe. El capítulo 10 trata sobre el mayor desafío conocido en la actualidad para la existencia de la vida: el cambio climático; en él comprobaremos qué sabemos y cuáles son las lagunas de nuestro conocimiento, y nos plantearemos si podemos enderezar las cosas.

Ojalá este libro cambie la idea que tenemos sobre la Tierra para que nunca más volvamos a verla como algo normal. Quién sabe…, ¡tal vez hasta haya alguien que llegue a maravillarse!

Jeremy Webb

1. Años de formación

La Tierra y la Luna nacieron del caos. El calor y la violencia imperantes en el Sistema Solar temprano conspiraron para rodear de misterio gran parte de los primeros años de la Tierra. Entonces, ¿qué sabemos y qué no sabemos sobre la manera en que evolucionó para convertirse en el planeta dinámico que conocemos hoy, un lugar perfecto para el desarrollo de la vida?

Un hogar único en el universo

Muy rara vez sucesos ordinarios producen resultados excepcionales. Pero eso es lo que ocurrió 4600 millones de años atrás en un brazo insignificante de una galaxia espiral corriente y moliente.

Una nube inmensa de gas y polvo empezó a colapsarse en una bola densa de materia. A medida que la gravedad atraía hacia ella más y más materia, iba aumentando la temperatura y la presión en su núcleo, hasta que llegó un momento en que prendió la fusión nuclear. Aquello liberó cantidades ingentes de energía y puso en marcha el nacimiento de una estrella.

Desconocemos qué fue lo que inició aquel proceso, pero había ocurrido un sinfín de veces con anterioridad, y aquella estrella no tenía nada de especial en sí misma.

A medida que el astro recién nacido empezó a girar, otros objetos menores se fueron concentrando a su alrededor. Moléculas de gas y partículas de polvo se fundieron y crearon objetos del tamaño de rocas, las cuales chocaron entre sí y formaron peñascos que entonces no eran más que «planetesimales». El aumento de la gravedad atrajo más materia aún y generó versiones fundidas y muy calientes de los planetas que conocemos hoy.

Así se gestaron ocho planetas, y en el tercero más próximo a la estrella ocurrió algo verdaderamente singular. Se dieron las condiciones adecuadas para el surgimiento y el florecimiento de la vida. Con el paso del tiempo evolucionó vida inteligente en forma de seres capaces de preguntarse cómo se había formado su planeta y cómo llegó a generar vida. Esos seres denominaron «Sistema Solar» a su vecindario celeste, bautizaron como «Sol» a aquella estrella y llamaron «Tierra» a su planeta.

Enigmáticos comienzos

Este fue, al menos, el panorama general. Por lo común se admite que la «hora cero» del Sistema Solar se sitúa en 4567 millones de años atrás, y que hace unos 4550 millones de años ya se había aglutinado en torno al 65 % de la Tierra.

El Sistema Solar primigenio era un lugar muy energético y dinámico. Durante sus primeros cientos de millones de años abundaron las colisiones, y la Tierra sufrió un trato bastante rudo. Unos 4530 millones de años atrás, justo cuando empezaba a secarse la pintura sobre la faz infantil de la Tierra, irrumpió el desastre. El planeta recibió el impacto oblicuo de un objeto del tamaño de Marte. El golpe lanzó escombros hasta la órbita de la Tierra y dio lugar a la Luna, y la energía del choque fundió las capas superiores del planeta, lo que borró por completo cualquier registro geológico previo. El silicio vaporizado que no pasó a formar parte de la Luna se condensó y volvió a caer en la superficie de la Tierra en forma de lluvia de lava, lo que depositó un mar de roca fundida. La Tierra acabó fundiéndose hasta el núcleo, y volvió a dar comienzo desde el principio todo el proceso de formación de una superficie sólida.

Esta interpretación de cómo se formó la Luna no es la única que existe, tal como veremos más adelante. Pero parece seguro que la violencia continuó y que solo finalizó con un vapuleo continuado ocurrido entre 4100 y 3800 millones de años atrás, un periodo conocido hoy como el «bombardeo intenso tardío» y cuya virulencia y duración también se siguen debatiendo aún.

La enorme violencia de estos sucesos es una de las razones por las que existe una inmensa laguna en nuestro conocimiento de los primeros 500 millones de años de la Tierra, un eón llamado Hádico en honor a Hades, el dios griego del inframundo. A partir de tan poco en lo que basarse, los especialistas proponen explicaciones que encajen lo mejor posible con los indicios que tenemos: lo que sabemos a partir de nuestros conocimientos de física y química, los resultados de experimentos prácticos, la observación de otros objetos astronómicos y simulaciones por computadora.

Ahora mismo se está investigando para responder muchos de nuestros interrogantes, y continuamente hay nuevos hallazgos, observaciones y modelos. Lo que creemos saber se ve cuestionado constantemente por esos datos frescos. Así que la historia que proponen los científicos va cambiando.

Entre las preguntas que aún no se han resuelto figura la de cómo consiguió la Tierra acumular tanta agua. Su cercanía al Sol seguramente la convirtió en un lugar demasiado tórrido para que el agua se limitara a condensarse a partir de la nube de gas cuando se formó el planeta. En cualquier caso, es muy probable que el agua que lograra acumular se evaporara durante la titánica colisión que dio lugar a la Luna. Una posible explicación es que el agua llegara con posterioridad, a lomos de cometas y asteroides helados procedentes del Sistema Solar exterior, durante el periodo del bombardeo intenso tardío.

Otra cuestión sin resolver es cuándo se formó la corteza terrestre. La corteza actual se compone casi en exclusiva de rocas que no superan los 3800 millones de años de edad, de modo que las pocas trazas del Hádico infernal que pueda haber en el suelo son escasas. Y el calor y la presión se encargaron de alterar la mayoría de las rocas antiguas que han quedado. La buena noticia es que unos cristales minúsculos y resistentes llamados circones podrían tener gran antigüedad y están proporcionando información relevante. Si se combina su estudio con métodos cada vez más perfeccionados de microanálisis tal vez nos permitan reescribir la historia de la Tierra primigenia.

Pero hay otra manera de averiguar algo más sobre el Hádico. La prospección minera en la Luna y en Marte también podría revelar cómo era la Tierra antes del gran impacto. A diferencia de la Tierra, ninguno de esos dos mundos sufrió una refundición, de modo que hay una posibilidad mucho mayor de encontrar rocas verdaderamente antiguas en su superficie. Hasta podría tocarnos una lotería geológica si diéramos con un fragmento de la Tierra hádica lanzado al espacio por algún impacto asteroidal y que acabara aterrizando en la Luna o en Marte.

Con esta idea general en mente sobre los primeros años de la Tierra, pasemos ahora a indagar un poco más en las cuestiones que mantienen en vela a los especialistas en ciencias de la Tierra, astrofísica y paleobiología.

Nuestro enigmático satélite

Explicar el origen de la Luna siempre ha planteado un problema. Es demasiado grande. Ningún otro planeta del Sistema Solar cuenta con un satélite proporcionalmente tan enorme: tiene más de una cuarta parte del diámetro de la Tierra. Un objeto así no pudo quedar capturado al pasar, que es como se cree que otros planetas consiguieron sus satélites más pequeños. En 1879 George Darwin, el hijo astrónomo de Charles, propuso otra explicación. Planteó que la Tierra primigenia giraba tan veloz que se desmembró y lanzó una parte de sí misma al espacio.

Aquella idea alcanzó cierta popularidad durante un tiempo, pero se desplomó víctima de los estudios de dinámica planetaria a comienzos del siglo XX,al descubrirse que los números no cuadraban. Para que la fuerza centrífuga que tira de la Tierra hacia fuera superara la fuerza de la gravedad que tira del planeta hacia dentro y lo desgajara, nuestro mundo tendría que girar a una velocidad disparatada, como completar un giro cada 2 horas.

La idea de Darwin fue reemplazada por la hipótesis del impacto gigante o la «gran salpicadura», es decir, aquel choque oblicuo de un objeto del tamaño de Marte contra la Tierra (véase la Figura 1.1). Dada la profusión de objetos en colisión en el Sistema Solar primigenio, parece muy lógico que se produjeran impactos descomunales en periodos más tardíos.

Figura 1.1 ¿Fue una «gran salpicadura» lo que creó nuestra Luna?

Con todo, la gran salpicadura se podría refutar mediante un análisis de las rocas lunares traídas a la Tierra por los astronautas de las misiones Apollo. De acuerdo con la hipótesis del impacto gigante, algunas de esas rocas deberían proceder del objeto que chocó contra nuestro planeta, pero su estudio revela que los isótopos de oxígeno, cromo, potasio y silicio que contienen son indistinguibles de los de la Tierra. Además, algunas de las muestras que se creían procedentes de la corteza lunar contenían agua. El calor que generaron los efectos de la gran salpicadura tuvo que fundir las rocas y eliminar el agua.

Sin embargo, no se perdió toda. Dejando de lado ideas tan especulativas como que la explosión de un reactor nuclear natural en el interior de la Tierra fue lo que lanzó una parte del planeta al espacio, otros modelos revelan que existen ciertos tipos de colisiones compatibles con esas impugnaciones.

Matija Cuk, del Instituto SETI de Mountainview, en California, y Sarah Stewart, de la Universidad de California en Davis, descubrieron que, si en el pasado la Tierra giraba más rápido de lo que se cree, le habría bastado poco menos que un coscorrón para esputar la Luna. En lugar de un objeto como Marte, puede que contra la Tierra chocara uno con la mitad de ese tamaño con un ángulo más inclinado y se quedara enterrado en las profundidades de nuestro mundo. Las simulaciones por ordenador de Cuk y Stewart evidencian que un suceso así aportaría la energía justa para que se produjera una explosión que lanzara un penacho de roca exclusivamente terrestre a la órbita, lo que daría lugar a una Luna sin ninguna diferencia isotópica con la Tierra.

La científica planetaria Robin Canup, del Instituto de Investigación del Sudoeste, en Boulder, Colorado, ha propuesto otro tipo de «impacto gigante suave». Ella imagina dos planetas, cada uno de ellos con la mitad del tamaño de la Tierra, en colisión lenta. Durante la subsiguiente coalescencia que dio lugar a nuestro planeta, la Luna se habría formado a partir de los restos sobrantes, lo que garantiza que ambos objetos actuales estén compuestos por los mismos ingredientes.

¿De verdad era la Tierra un infierno?

El caos imperante en el Sistema Solar primigenio ciertamente lanzó objetos en todas direcciones, y algunos de ellos se precipitaron hacia nosotros. Una ojeada a los cráteres de la Luna ya da una idea de la magnitud del bombardeo, aunque no vemos esas cicatrices en la Tierra porque han quedado erosionadas por la acción del viento, la lluvia y la vida vegetal.

Las rocas traídas a la Tierra por las tripulaciones de las misiones Apollo apuntan a que el mayor vapuleo se produjo durante el periodo del bombardeo intenso tardío. Impera el convencimiento de que antes y durante esa tunda nuestro planeta era un infierno fundido, demasiado caliente, seco y hostil para que surgiera la vida. Hasta que finalizó el bombardeo durante el eón Arcaico (véase el capítulo 2) no mejoraron lo bastante las condiciones para que la vida empezara a aflorar.

Sin embargo, en los últimos años ha empezado a cuestionarse el bombardeo intenso tardío desde diversos frentes. La postura más radical es la que defiende que la intensificación del bombardeo lunar podría ser un artificio derivado de la manera en que se recolectaron las muestras de las misiones Apollo.

Las muestras de estas misiones procedían de distintos emplazamientos lunares. Aun así, los estudiosos han señalado que todas ellas pueden provenir de un único suceso: el impacto o los impactos que crearon la cuenca del Mar de las Lluvias, una de las manchas oscuras y extensas que forman la «cara de la Luna». Es posible que los fragmentos de roca lanzados por aquel suceso hayan contaminado diferentes partes de la superficie lunar, lo que significa que lo que de entrada parecía un conjunto enorme de impactos simultáneos pudo consistir tan solo en un puñado de ellos. Si los impactos fueron más ocasionales, la Tierra primigenia no habría sido tan infernal como se pensó en un principio.

Otras fuentes aportan también signos de un eón Hádico más benigno, entre los que figuran los testigos más diminutos de entonces. Los circones son cristales duros de silicato de circonio que suelen medir 1 milímetro o menos de largo y se cuentan entre los objetos más antiguos de la Tierra. Toleran temperaturas de 1600 ºC y soportan el descenso por todo el curso de un río sin astillarse. Y lo más importante para la geología, perduran bajo toneladas de sedimentos sin sufrir metamorfosis ni fundirse, como sí sucede con otros materiales.

Los circones están por todas partes en la Tierra. Se encuentran en casi todos los granitos, que se forman cuando la roca se vuelve a fundir en el interior de la Tierra antes de emerger y enfriarse. A medida que el granito se solidifica, el circonio que pueda haber en la masa fundida atrapa silicatos y se cristaliza en forma de circones. También abundan en rocas sedimentarias cuando la erosión los arranca de sus granitos originales.

Los circones que siembran dudas sobre el Hádico proceden de rocas de los montes Jack Hills de Australia Occidental, los cuales se remontan a unos 3700 millones de años atrás. Cuando se dataron los circones de ese lugar (mediante el cotejo de las proporciones de uranio con los productos de su desintegración radiactiva –véase el capítulo 2–), resultaron ser aún más antiguos. Uno está fechado en 4400 millones de años atrás, lo que apunta a que ya existía material sólido en la superficie de la Tierra tan solo 200 millones de años después de su gestación.

Además, los investigadores encontraron inclusiones (trazas de cuarzo, feldespato y mica) atrapadas dentro de los circones. Esto apunta a que los circones se formaron a partir de sedimentos fundidos, metamorfoseados, que en un principio pudieron parecerse a barro húmedo o arcilla. Los análisis también descubrieron que los circones antiguos portan altas concentraciones del isótopo oxígeno 18. Las rocas que se forman a baja temperatura en condiciones de humedad tienden a absorber más oxígeno 18 que otras.

Las mediciones de otros elementos en los circones respaldan este hallazgo. Ahora parece que, lejos de ser un «océano de magma» carente de atmósfera, la Tierra de 4400 millones de años atrás era sólida, templada y húmeda. Las lagunas, charcas y océanos necesitan una superficie sólida sobre la que asentarse, lo que apunta a que hubo una corteza desde bien pronto y, si había agua líquida, entonces tenía que haber una atmósfera densa: de lo contrario el agua se habría evaporado con el calor. El infierno en la Tierra parece de repente bastante templado.

¿Cuándo empezó la vida?

La idea de que la Tierra era más fría y húmeda durante el Hádico de lo que se había pensado con anterioridad se refleja en nuevos indicios recientes, aunque controvertidos, de la vida más primitiva.

El primer signo fiable de vida procede de una playa fósil en la región de Pilbara, en Australia Occidental, al norte de los montes Jack Hills. Estos restos se fecharon en 3430 millones de años atrás. Las huellas químicas en rocas aún más antiguas del sudoeste de Groenlandia sugieren que la vida pudo existir ya 3800 millones de años atrás, aunque este indicio es discutible.

En 2015 Elizabeth Bell y Mark Harrison, de la Universidad de California en Los Ángeles, comunicaron junto a otros compañeros el hallazgo de carbono con una huella de aspecto orgánico sellado en el interior de un cristal de circón. El equipo había analizado más de 10 000 circones de los eones Hádico y Arcaico. En un cristal del Hádico procedente de Jack Hills (véase la Figura 1.2) encontraron motas diminutas, o inclusiones, de grafito, que tuvieron que incorporarse al circón cuando este se formó hace unos 4100 millones de años.

Figura 1.2 Los montes Jack Hills de Australia se remontan a la violenta juventud de la Tierra, por lo que ofrecen una ventana por la que asomarse a observar el eón Hádico.

Los investigadores analizaron los isótopos de carbono en dos de las motas de grafito y descubrieron que tenían una proporción elevada del isótopo carbono 12 respecto del carbono 13. Este es un rasgo de origen biológico, porque los organismos vivos absorben sobre todo carbono 12.

La composición química general de los cristales de circón sugiere que el magma a partir del cual se enfriaron surgió de la fundición de un sedimento rico en arcilla, que es la clase de entorno en el que podrían acumularse restos orgánicos.

Entonces, en 2017, Matthew Dodd, del University College de Londres, y sus colaboradores, detectaron signos de vida aún más temprana en rocas que se remontan al Hádico, o casi. Estas rocas, extraídas del Cinturón de Rocas Verdes de Nuvvuagittuq, en la orilla este de la bahía de Hudson, al norte de Quebec, Canadá, tienen al menos 3750 millones de años, y algunos geólogos les atribuyen incluso 4280 millones de años, casi tantos como el planeta en sí.

Como todas las rocas de esta antigüedad, han sufrido grandes alteraciones. En algún momento pasaron un tiempo en las profundidades de la Tierra, donde se cocinaron y deformaron sometidas a temperaturas superiores a 500 °C y presiones extremas.

Aun así, los geólogos son capaces de leer en ellas claves que sugieren que se formaron en el fondo de los océanos primigenios de la Tierra: parecen conservar signos de antiguos surtidores hidrotermales de las profundidades marinas.

Los indicios que encontró Dodd proceden de rocas ricas en hierro formadas en su origen alrededor de surtidores submarinos relativamente fríos (a menos de 160 ºC). Estas rocas contienen tubos y filamentos microscópicos de óxido de hierro muy similares a las estructuras que crean las bacterias actuales en colonias con forma de tapiz en torno a surtidores hidrotermales de los fondos marinos.

Además, el material próximo a los filamentos presenta una proporción elevada de carbono 12 con respecto a la de carbono 13, lo que implica un origen orgánico. Parte de ese carbono se encuentra en el interior de cristales de minerales ricos en fósforo, lo que también apunta hacia una biología temprana, ya que el fósforo que se libera cuando se descomponen los organismos puede incorporarse a minerales.

De confirmarse estos hallazgos, remontarían el origen de la vida a 4290 millones de años atrás, por lo que la Tierra habría estado habitada con una prontitud asombrosa, incluso antes del bombardeo intenso tardío. Es más, revelarían que la vida comenzó en los alrededores de surtidores de las profundidades marinas donde llega poca o ninguna luz del Sol, de modo que los organismos habrían extraído su energía de procesos geotérmicos. Esto facilitaría la concordancia de los datos geológicos con descubrimientos obtenidos por estudios genéticos y bioquímicos que indican que la vida surgió en zonas hidrotermales profundas y no en entornos de aguas someras bañadas por la luz del Sol donde se han encontrado la mayoría de los fósiles primigenios (véase el capítulo 8).

Sin embargo, la cuestión de cuándo surgió la vida aún no está cerrada. No hay ningún estudio concluyente. El equipo de Harrison reconoce que también existen procesos inorgánicos capaces de concentrar isótopos ligeros de carbono en entornos hádicos. Y sería muy extraordinario que las frágiles estructuras microscópicas que encontró Dodd perduraran en rocas que han estado sometidas a temperaturas y presiones elevadas a gran profundidad bajo el suelo.

Piedras en el camino

Justo cuando se creía que la historia de la Tierra primigenia empezaba a salir de la bruma de la confusión, aparecen resultados que obligan a replantearlo. Donald Lowe, de la Universidad de Stanford en California, y sus colaboradores llevan 40 años estudiando un conjunto de rocas antiguas en el este de Sudáfrica llamado Cinturón Barberton.

Más de 25 años atrás encontraron cuatro estratos de partículas esféricas que parecían haberse condensado a partir de nubes de roca volatilizada. Lowe dice que son vestigios de cuatro grandes impactos meteoríticos que datan de entre 3500 y 3200 millones de años atrás. En 2014 su equipo describió otras cuatro capas durante el mismo periodo. Lowe sostiene que ocho impactos grandes en cuestión de 250 millones de años refuerzan la idea de que el bombardeo intenso tardío fue más prolongado de lo que cree la mayoría de especialistas, y que no empezó a remitir hasta unos 3000 millones de años atrás.

Los impactos tuvieron una magnitud superior a cualquier episodio ocurrido en la Tierra desde la aparición de animales complejos. Se cree que el asteroide que acabó con los dinosaurios dejó una capa de esférulas de varios milímetros de grosor. Los estratos de Lowe miden entre 30 y 40 centímetros de anchura, lo que induce a pensar que aquellos asteroides medían un mínimo de 20 kilómetros y posiblemente más de 70. El impacto de aquellos objetos habría aniquilado la mayoría de los animales y plantas en caso de producirse hoy, pero por entonces toda la vida era unicelular y acuática.

Lowe reconoce que un impacto muy grande pudo elevar la temperatura de la atmósfera hasta cientos de grados Celsius y evaporar los primeros 100 metros de agua del océano. Los microbios afincados en el lado opuesto del planeta tal vez lograran capear el inmenso oleaje y la lluvia de rocas abrasadoras, pero un grupo que seguramente tuvo que llevarlo bastante mal fue el de las bacterias fotosintéticas, porque tenían que vivir cerca de la superficie del océano para recibir gran cantidad de luz solar.

Agua, agua por todas partes

Si en la Tierra había agua durante el Hádico, se nos plantea un interrogante obvio: ¿de dónde salió? Es cierto que el Sol primigenio sería mucho más tenue que el actual, pero aun así sin duda habría evaporado cualquier hielo que pudiera albergar la nube primordial que dio origen a la Tierra; por eso los científicos planetarios supusieron que el agua llegó más tarde a lomos de mensajeros celestes, como cometas o meteoritos. En cambio, hay signos recientes que apuntan a que no fue ese el caso.

La clave para saber de dónde salió el agua de la Tierra radica en la proporción de concentraciones de dos isótopos de hidrógeno: el deuterio, también llamado hidrógeno pesado, y el hidrógeno normal. Esta proporción varía dependiendo de la procedencia del agua, de modo que si se compara la proporción que hay, por ejemplo, en meteoritos con la que hay en el agua más antigua de la Tierra debería verse si su H2O comparte un origen común.

A lo largo de todo el tiempo transcurrido los océanos perdieron casi con toda seguridad algunos de los isótopos más ligeros del hidrógeno, así que los investigadores se centraron más bien en el agua de las antiguas rocas de basaltos volcánicos de la isla de Baffin, en el Ártico canadiense. Estas rocas contienen diminutas incrustaciones vítreas que parecen haberse formado 4500 millones de años atrás en el manto de la Tierra, la capa que yace debajo de la corteza, lo que les conferiría casi la misma edad que el propio planeta, y en su interior portan moléculas de hidrógeno procedentes de agua también de esa antigüedad.

Estas incrustaciones contienen unas cantidades sorprendentemente bajas de deuterio: la proporción se acerca a un 22 % menos que la del agua del mar actual. El resultado apunta a una fuente muy pobre en deuterio, lo que descarta los meteoritos porque suelen portar una proporción mayor de este isótopo. Ese dato sugiere más bien que el agua se formó en la nube a partir de la cual se condensaron el Sol y los planetas.

Esta conclusión respalda estudios teóricos que revelan que las moléculas de agua permanecían aferradas con fuerza a las partículas de polvo en coalescencia, incluso en las abrasadoras condiciones que imperaban durante la formación de la Tierra.

En años recientes también se ha descubierto que la Tierra tiene mucha más agua de la esperada en sus profundidades. Es posible que parte de ella migrara a la superficie y saliera al exterior. Se estima que las reservas internas llegan a triplicar el volumen de todos los océanos. Se encuentra alojada en una roca azul llamada ringwoodita, un mineral de silicato de magnesio que se forma a las temperaturas y presiones que se dan a 600 kilómetros de profundidad en el manto.

Otros estudios sugieren que esta reserva podría no ser la más honda. Se han encontrado iones de hidroxilo, por lo común un signo seguro de agua, en inclusiones dentro de diamantes expulsados en medio de lava. Estas se forman a unos 1000 kilómetros de profundidad, lo que sugiere que podría haber agua circulando hasta las profundidades del manto.

Una corteza movidita

Ahora sabemos que la Tierra está cubierta por varias placas grandes y rígidas en constante movimiento y rozamiento entre sí (un proceso denominado tectónica de placas, véase el capítulo 4), lo que permite reciclar continuamente las rocas terrestres; si este mecanismo no existiera, el planeta no tendría un clima estable ni los depósitos de petróleo y de minerales de los que tanto dependemos los humanos.

La Tierra es el único planeta que conocemos con tectónica de placas. ¿Por qué será? Los modelos revelan que para que empiece a actuar la tectónica de placas el planeta debe tener el tamaño adecuado: si es demasiado pequeño, tendrá una litosfera (la parte sólida de la corteza y el manto superior) demasiado gruesa. Si es un mundo muy grande, su campo gravitatorio aplastará las placas existentes y las mantendrá apretadas unas contra otras en un mismo lugar. Pero también deben darse otras condiciones: las rocas que componen el planeta no deben estar demasiado calientes ni demasiado frías, ni demasiado húmedas ni demasiado secas.

La idea que tenemos sobre la corteza primigenia de la Tierra se basa en los procesos que observamos hoy en día. En la actualidad la corteza oceánica se forma en las dorsales mesoceánicas, donde roca fundida procedente del manto aflora y se desparrama. La roca resultante es rica en basalto duro y negro, el mismo que conforma las islas volcánicas de Hawái.

La corteza continental es diferente. Suele consistir en rocas como el granito, que se crea cuando el basalto se hunde, se funde y se transforma. Durante el proceso se enriquece con silicio, aluminio y metales más ligeros. El granito es menos denso que el basalto, así que flota sobre el manto más arriba que la corteza oceánica.

Allí donde confluyen estos dos tipos de corteza, por ejemplo en los bordes de muchas cuencas oceánicas, el frío y denso suelo oceánico se hunde bajo la corteza continental más ligera, junto con gran cantidad de agua, cieno y lodo, y se adentra en el manto (un proceso denominado subducción).

Todo esto es lo que sucede en el presente. La gran pregunta sobre el pasado es: ¿en qué momento y de qué manera se fracturó la litosfera cuando el primer fragmento de corteza se hundió debajo de otro?

Dada la agitación del Hádico, quedan escasos vestigios en el suelo. Pero la investigación geoquímica publicada en 2016 sobre los circones y rocas procedentes del noroeste de Canadá fechados en 4000 millones de años atrás, sugiere que la piel de la Tierra no tenía por entonces ninguna corteza continental, sino que era más bien como la corteza oceánica basáltica. Si esto se confirmara, entonces la tectónica de placas que conocemos hoy en día no se dio durante el Hádico.

Una descripción a la que se apela con frecuencia contempla la Tierra, durante tal vez sus primeros 2000 millones de años, con una fina envoltura de corteza basáltica cubierta de agua y salpicada de cadenas de volcanes como única tierra a flote. Estos habrían expulsado vapor de agua y gases tales como dióxido de carbono, dióxido de azufre y cloruro de hidrógeno, que acabaron formando una atmósfera densa.

De momento aún se discute cómo aparecieron las primeras grietas en esta corteza. Puede que un penacho de material caliente en el manto la perforara y formara el primer orificio en ella, o tal vez el desencadenante fuera el impacto de un asteroide o cometa que taladró la capa superficial y desencadenó una sucesión de episodios que dieron lugar a la primera tectónica de placas en movimiento.

¿Y cuándo sucedió esto? Una estimación la arroja el estudio de ofiolitas, lascas raras de corteza oceánica antigua que, en lugar de verse empujadas bajo el manto, se elevaron sobre la corteza continental en una zona de subducción. Un estudio de 2007 fechó en 3800 millones de años atrás una muestra procedente de Groenlandia de lo que se cree que es una ofiolita, la cual representa el indicio más antiguo hasta la fecha de la tectónica de placas.

Veamos otros mundos

La observación de Ío, un pequeño satélite de Júpiter, nos ha aportado ideas nuevas sobre cómo adquirió la Tierra su corteza. Algunos científicos creen que la Tierra más temprana tenía algún tipo de océano de magma (todos los planetas parecen haber atravesado una fase así). Pero, ¿cómo pasó la Tierra a tener tectónica de placas?

Ío está repleto de volcanes activos que transportan calor del interior a la superficie sin que intervenga la tectónica de placas. Pierde calor a través de un sistema de tuberías volcánicas que lanzan roca caliente fundida o magma a la superficie a través de conductos bastante estrechos. La lava se enfría a medida que se desparrama y forma una capa nueva de corteza que más tarde quedará cubierta por erupciones subsiguientes. Con el tiempo, los conductos crean una capa gruesa de corteza exterior que en Ío es lo bastante robusta como para soportar montañas de más de 20 000 de altitud.

William Moore, de la Universidad de Hampton en Virginia, y Alexander Webb, de la Universidad del Estado de Luisiana, en Baton Rouge, desarrollaron simulaciones de los

conductos volcánicos de Ío en la Tierra primigenia para ver qué clase de rocas formarían y cómo se habría comportado la corteza. Compararon los resultados con las rocas más antiguas conocidas de la Tierra, incluidos diamantes de 3000 millones de años, y circones de 4300 millones de años de antigüedad.

Ambos encontraron suficientes correlaciones que apuntan a que, hasta unos 3200 millones de años atrás, la Tierra liberaba su exceso de calor a través de conductos volcánicos similares a los de Ío, intercalados con unas cuantas regiones de superficie yerma. Con el tiempo, sostienen ellos, la Tierra se enfrió tanto que cesó la actividad en los conductos volcánicos, lo que permitió que aumentara la presión dentro del manto caliente, atrapado bajo la corteza que lo cubría. Según esta interpretación de los hechos, el aumento de la presión en el manto convectivo quebró la piel más exterior y dio inicio a la tectónica de placas.

2. El gran abismo del tiempo

Los primeros años de la Tierra estuvieron salpicados de acontecimientos asombrosos,pero es fácil olvidar que ocurrieron a lo largo de cientos de millones de años. De hecho, cuesta apreciar la lentitud de la mayoría de los procesos geológicos en la Tierra. En este capítulo echaremos una ojeada al tiempo profundo, cómo medirlo y cómo detectar algunos de los episodios clave que jalonaron el largo viaje de la Tierra a través del tiempo.

Los abismos del tiempo

En junio de 1788 el geólogo escocés James Hutton llevó a sus colegas John Playfair y James Hall al cabo Siccar, en la costa del condado de Berwickshire, Escocia. Cualquier mirada sin preparación habría visto aquel promontorio de roca como algo eterno e inmutable, pero Hutton sabía algo más. Él había llegado a la conclusión de que las capas que mostraba la roca se habían formado bajo el mar a partir de los restos de rocas más antiguas y que luego habían aflorado a la superficie.

Hutton se dio cuenta de que la sucesión de acontecimientos que podía leer en las rocas hablaba de cambios acaecidos con una lentitud increíble, a lo largo de periodos de tiempo muy reveladores. La «discordancia angular» entre los estratos de roca de diversos tipos y orientaciones solo pudo formarse durante decenas de millones de años (véase la Figura 2.1). Estas observaciones resultaron cruciales para su teoría de la evolución paulatina de la Tierra y el revolucionario concepto de «tiempo profundo» o «tiempo geológico».

Contar el tiempo en millones de años supuso una revolución porque, poco más de un siglo antes, el primado de Irlanda, el arzobispo James Ussher, había utilizado la Biblia y otras fuentes para fijar la fecha de la creación en el domingo 23 de octubre del año 4004 a.n.e. Isaac Newton discrepaba: él estimaba que ocurrió en el año 3988 a.n.e.

Entonces, al igual que ahora, el tiempo profundo iba en contra del sentido común. Al fin y al cabo, tal como dice John McNeill, especialista en historia ambiental de la Universidad de Georgetown en Washington, DC, medir las cosas tomando como referencia una vida humana es una manera normal y natural de pensar. Gracias a los esfuerzos de Hutton y muchos de sus sucesores, ahora sabemos que la Tierra tiene unos 4560 millones de años de antigüedad, una edad casi inconcebible.