México, Geología y Medio Ambiente

EL AGUA EN LA TIERRA Y SU ORIGEN

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El agua no se crea ni se destruye solo se transforma, esto parafraseando a Antoine Lavoisier cuando hablaba de la materia.

Parte del agua fue creada hace unos 4.000 millones de años. Desde entonces no se ha vuelto a crear agua en la Tierra. El agua que hoy bebemos y utilizamos para beber, bañarnos y regar nuestros campos, es la misma que se creó en aquella época.  

Hay dos líneas de pensamiento referente al origen del agua en la Tierra, La Teoría Volcánica y la Teoría extraterrestre.

TEORÍA VOLCÁNICA AGUA FORMADA EN LA TIERRA

Sabemos que la tierra se formó hace unos 4,600 millones de años y que algunas de las rocas más antiguas de algo como 4,000 millones de años fueron depositadas como sedimentos en agua, esto implica que ya la Tierra presentaba una hidrósfera. Hay discusiones sobre nuestra atmósfera, se piensa que la 1ª atmósfera escapó al espacio por las altas temperaturas de esa época o por vientos solares más intensos o la menor gravedad inicial de nuestro planeta, posteriormente gracias al vulcanismo se forma la atmósfera actual.

Actualmente se piensa que la gran cantidad de agua presente en nuestro planeta no puede explicarse por aportaciones del mismo planeta y con el avance de la ciencia la teoría de que parte del agua es de origen externo o extraterrestre ha cobrado fuerza.

Mediante el vulcanismo se puede hablar de una formación masiva de agua en el centro de la Tierra, por lo que parte del agua en nuestro planeta se formó por reacciones a altas temperaturas (800 ºK o 527°C) entre átomos de hidrógeno y oxígeno. Las moléculas formadas por esta reacción fueron expelidas a la superficie terrestre en forma de vapor; algo de este vapor de agua pasó a formar parte de la atmósfera primitiva (esta atmósfera primitiva carecía de oxígeno molecular), y otra parte se enfrió y condensó para formar el agua líquida y sólida de la superficie terrestre.

 La desintegración de minerales radiactivos y la conversión en calor de la energía cinética y potencial del polvo que formó al planeta elevó la temperatura hasta formar un núcleo líquido de metales que se enfrió liberando, por medio del vulcanismo, se formaron así los primeros proto continentes, gases volátiles que formaron una atmósfera de agua, gases de carbón, de azufre y halógenos (flúor, cloro, bromo y iodo). Se calcula que este proceso tomó 500 millones de años.

Cuando la temperatura era de 600 grados Celsius, casi todos esos compuestos estaban en la atmósfera, pero al descender por debajo de 100 grados Celsius, el agua y los gases ácidos se condensaron, reaccionando con la corteza terrestre y formando los primeros océanos.

El único compuesto que faltaba en aquel entonces era el oxígeno, pues este gas no provino del enfriamiento de la corteza. Las primeras cantidades de oxígeno se formaron por la foto disociación del agua, es decir, por el rompimiento de moléculas de agua por la acción de los rayos ultravioleta del Sol. Más tarde, cuando hubo organismos capaces de efectuar la fotosíntesis, se enriqueció la atmósfera en este compuesto.

De acuerdo a la teoría volcánica, 40% del agua en la Tierra se formo de esta manera y el 60% restante provino de otras partes del sistema solar, como se expone e la teoría a continuación.

TEORÍA DE LOS METEORITOS Y COMETAS AGUA PROVENIENTE DE OTRAS PARTES DEL SISTEMA SOLAR

Hemos observado la presencia de hielo en algunos planetas como marte, en la luna y en algunos cometas, sin embargo, la Tierra es el planeta que más agua contiene, estos hechos pudieran reforzar la teoría de origen extraterrestre

Los niveles de xenón presentes en la atmósfera terrestre son diez veces mayores que los presentes en los cometas, aunque se debe considerar que esta variación puede estar influenciada por las condiciones de gravedad en la Tierra que son diferentes a las de los cometas, y que el xenón –como gas noble– no sufre reacciones químicas y no puede ser fijado como compuesto. En este caso la interpretación de la cantidad de xenón puede ser usada como prueba tanto para aceptar como para refutar la teoría extraterrestre, de acuerdo a cómo se interpreten estos hallazgos.

  Numerosos estudios realizados por la NASA apoyan los planteamientos de Tobias, Mojzsis  y Science week,  quienes afirman que el agua llegó a la Tierra en forma de hielo, en el interior de numerosos meteoritos y cometas, que al impactar sobre la superficie terrestre liberaron este compuesto y llenaron los océanos (o al menos parte de ellos). Cuando esta teoría fue planteada recibió una gran cantidad de críticas y censuras, pero estudios referidos por Mojzsis hablan de otros impactos de meteoritos sobre la Tierra, a los cuales se atribuye el haber contribuido con concentraciones significativas de otros elementos y moléculas químicas a la “sopa” donde se originaron las macromoléculas orgánicas y los coacervados (moléculas biológicas separadas del medio acuoso por una membrana).

Posteriormente, científicos de la NASA han comunicado algunos descubrimientos que constituyen la primera evidencia sólida para este suceso: análisis del cometa S4 LINEAR han mostrado una similitud muy grande entre la composición y estructura química de éste con el agua que actualmente existe en los océanos de la Tierra, así como estudios de presencia de deuterio (átomos de hidrógeno con un neutrón extra, característicos de este tipo de cometas) inclusive en las profundidades de los mares, siendo que el DO se encuentra en toda el agua –independientemente del tipo de cuerpo de agua o la profundidad– en una relación natural aproximada de 99.85% de H y 0.15% de D. Los astrónomos piensan que la Tierra primordial habría interceptado más cometas provenientes de la “zona de Júpiter” (que es comparativamente pobre en agua pesada) que aquellos que se formaron entre los planetas exteriores (una zona rica en agua pesada).

La explicación a partir de impactos de cometas ha tenido mucho apoyo, pero recientes estudios de alguno de los que han pasado cerca del Sol (Halley, Hyakutate y Hale-Bopp), nos muestran que su contenido en isótopos de Hidrógeno no coincide con el del agua oceánica. Sin embargo, el agua de nuestros océanos sí es muy parecida a la de los asteroides situados en la parte exterior del cinturón de asteroides (que pueden contener un 10% de su peso en agua), por lo que actualmente los impactos de estos asteroides parecen ser los principales protagonistas en la explicación de las enormes cantidades de agua de la Tierra primigenia.

FUSIÓN DE AMBAS TEORÍAS

Las consideraciones anteriores sugieren, según Tobias, que el agua en la Tierra no fue originada por una sola causa, sino que más bien debería pensarse en un hipotético origen mixto, ya que de esta manera se complementan ambas teorías bajo un postulado lógico y coherente: parte del agua se originó en la Tierra por reacciones a elevadas temperaturas y erupciones volcánicas, y la otra parte provino de los cometas y/o meteoritos. Esta idea concuerda también con el planteamiento de que la atmósfera y los océanos se desarrollaron juntos. Sin embargo, tampoco existen pruebas contundentes para aceptar plenamente el origen mixto, y quedan abiertas las puertas al planteamiento de otras nuevas teorías.

Nuevas investigaciones realizadas por un equipo liderado por el astrónomo L. Ilsedore Cleeves (de la Universidad de Michigan, Ann Arbor) y Tim Harries (del departamento de física y astronomía de la universidad británica de Exeter,) quienes utilizaron un sofisticado modelo informático que permite simular las fórmulas químicas entre las moléculas de agua formadas en el Sistema Solar y las que existían previamente, arrojaron que entre 30 y 50% del agua que consumimos hoy en día es cerca de un millón de años más antigua que el Sol.

El trabajo, publicado el 25 de septiembre de 2014 en la revista estadounidense Science, alimentará el debate sobre si las moléculas de hielo de agua en los cometas y los océanos se formaron en el disco de gas y polvo alrededor del joven Sol hace 4.600 millones de años, o si provienen de una nube interestelar más antigua.

El equipo de investigadores se centró en el deuterio, una forma pesada de hidrógeno que se ha creado en el Big Bang, junto con hidrógeno normal. Hay alrededor de 26 átomos de deuterio por cada millón de átomos de hidrógeno en todo el universo, pero es seis veces más prevalentes en el agua en la Tierra y en otros cuerpos del sistema solar. Los científicos concluyen que cuando se forma el agua, la reacción de la creación de “agua pesada” rica en deuterio fue ligeramente más rápida que la creación de agua normal, por lo que la proporción de deuterio en agua a aumentado.

Pero el enriquecimiento de deuterio ocurre sólo en ciertas condiciones: el entorno debe ser muy frío (sólo unas pocas decenas de grados sobre el cero absoluto), además de que se necesitan oxígeno y algún tipo de radiación ionizante para que la reacción se lleva acabo. Todas esas condiciones están disponibles en el ISM (medio interestelar). En la radiación ionizante hay rayos cósmicos, partículas procedentes de fuentes distantes que giran a través del espacio a alta velocidad. Además, los astrónomos han observado agua en el ISM que está altamente enriquecida en deuterio, por lo que podrían ser fuente de agua del sistema solar.

Agua con sabor a cometas, una teoría, polémica en sus inicios pero que va cobrando fuerza tras los últimos avances científicos, es la teoría extraterrestre o el origen estelar del agua. Los científicos investigan si el agua apareció en la Tierra tras impactos de asteroides y cometas, y uno de los indicios es que la composición molecular del agua terrestre es similar a la del agua de estos objetos celestes. Estos “bombardeos” de pequeños objetos moviéndose por el espacio (cometas, asteroides y meteoritos) debieron ocurrir unos 500 millones de años después de la formación de la Tierra y la Luna. Las huellas de estos impactos en la Luna han sido extensamente estudiadas, pero en nuestro planeta son más difíciles de encontrar debido a la erosión y los procesos vitales, que camuflan hábilmente estos antiguos rastros. Una evidencia en la que se apoyan los seguidores de esta teoría es que después de estos impactos fue cuando se formaron los océanos y aparecieron las moléculas orgánicas, la materia prima de la vida.

Muchos científicos apoyan en la actualidad un modelo complementario de estas dos teorías, de manera que los puntos fuertes de ambas generan una teoría más sólida: parte del agua se originó en la Tierra por reacciones a elevadas temperaturas y erupciones volcánicas, y la otra parte provino de los cometas. Esta idea concuerda también con el planteamiento de que la atmósfera y los océanos se desarrollaron juntos. En síntesis, durante el proceso de erupciones, se generó vapor de agua a partir del oxígeno y el hidrógeno, lo que dio origen a las primeras lluvias, producto de su condensación en la atmósfera. El agua de estas precipitaciones se fue acumulando líquida en las zonas más profundas de la corteza, lo que permitió la formación de mares y océanos. En paralelo cometas, asteroides y fragmentos estelares impactaban en el planeta. Agua, tierra y aire empezaron a interactuar de forma bastante violenta ya que, mientras tanto, la lava emanaba en abundancia por múltiples grietas de la corteza, que se enriquecía y transformaba gracias a toda esta actividad.

La misma agua Científicos de la NASA han comunicado algunos descubrimientos que constituyen la primera evidencia sólida de la teoría extraterrestre: el análisis del cometa S4 LINEAR ha mostrado una gran similitud entre la composición y estructura química del agua del cometa con la que actualmente existe en los océanos de la Tierra.

¿De dónde llegaron los cometas? Para determinar que el agua de los cometas es la misma que la de la Tierra los científicos buscan la relación entre el agua pesada (D2O) y el agua (H2O). El agua pesada contiene deuterio que es un isótopo del hidrógeno, con un neutrón extra en su núcleo. De acuerdo a algunos experimentos de laboratorio, un cometa formado hace miles de millones atrás en las vecindades de Júpiter contendría aproximadamente la misma fracción de agua pesada que los actuales océanos de la Tierra. Los cometas nacidos cerca de Júpiter son escasos actualmente debido a que la gravedad del gigante los lanzó hacia el espacio interestelar (y hacia el interior del Sistema Solar, donde estamos nosotros) hace mucho tiempo. Sin embargo, habrían sido muy numerosos en los tiempos de la formación del Sistema Solar. Los astrónomos piensan que la Tierra primordial habría interceptado más cometas provenientes de la “zona de Júpiter” (que es comparativamente pobre en agua pesada) que aquellos que se formaron entre los planetas exteriores (una zona rica en agua pesada).

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