El concepto de un artista de la Tierra primitiva. Si bien aún es bastante inhóspito en comparación con el presente, es posible que la Tierra primitiva haya tenido un clima y un pH del océano más templados y moderados de lo que se había pensado.

Crédito: NASA

Las condiciones en la Tierra primitiva han sido por mucho tiempo un misterio. Pero los investigadores de la NASA y la Universidad de Washington ahora han ideado una forma de dar cuenta de las variables inciertas de la época, descubriendo a su vez que nuestro planeta pudo haber sido más templado hace mucho tiempo de lo que se pensaba.

Al aplicar estos hallazgos a otros planetas rocosos, los investigadores concluyen que el período de tiempo y la probabilidad de que la vida persista en otros lugares es mayor de lo que se pensaba.

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Dado que no tenemos rocas u otro material de los primeros 500 millones de años de la Tierra, las aproximaciones de las condiciones en nuestro planeta durante ese tiempo han variado ampliamente. Algunos imaginan que la Tierra primitiva está sacudida por erupciones volcánicas y burbujeante de lava, mientras que otros imaginan un mundo dormido y envuelto en hielo.

La historia de 4.500 millones de años de la Tierra deja espacio para muchas fases geológicas y «la gente ha utilizado todo tipo de conjuntos de datos geoquímicos diferentes para obtener algunas medidas de las condiciones de superficie», dijo el autor principal del estudio, Joshua Krissansen-Totton de la Universidad de Washington.

Los investigadores se enfocaron en el Eón Arqueano , hace entre 4.000 y 2.500 millones de años, poco después de la formación de la corteza terrestre, la atmósfera y los océanos. También es cuando probablemente surgió la vida.

La parte difícil es deducir el pH del océano y la temperatura global, sobre los cuales las estimaciones fluctúan drásticamente, de alcalino a ácido corrosivo y de menos 13 a 185 grados Fahrenheit (menos 25 a 85 grados Celsius).

Un esquema del ciclo del carbono en la Tierra primitiva, en el cual el carbono ingresa al océano desde la atmósfera y con el tiempo se convierte en parte de las rocas portadoras de carbono en el fondo del mar que se erosionan, disolviendo el carbono.

Crédito: Creative Commons BY-NC-ND

Un termostato natural

El ciclo del carbono de la Tierra tiene la clave para restringir estas variables. Los volcanes empujan el carbono hacia la atmósfera al desgasificar el dióxido de carbono; El ácido carbónico luego llueve hacia la superficie, disolviendo las rocas y liberando los iones que hay en su interior, que finalmente llegan a los océanos a través de los ríos y forman carbonato de calcio.

El resultado neto de este proceso es que el carbono en el aire está encerrado en las rocas. De manera similar, el agua de mar que circula a través de la corteza oceánica disuelve la roca circundante, liberando iones que luego forman nuevas rocas carbonatadas, un proceso que también bloquea el carbono atmosférico en la corteza. Parte de este carbono se subduce de nuevo al manto del planeta y comienza el ciclo nuevamente a medida que los volcanes lo desgastan de nuevo.

Estos procesos de meteorización dependen de la temperatura; Krissansen-Totton comparó el efecto con un «termostato natural».

Si las emisiones de dióxido de carbono aumentan, la temperatura aumenta; si la temperatura aumenta, la meteorización del lecho marino aumenta. Debido a que tomaron miles de millones de años crear los continentes de la Tierra, existió menos tierra en la Tierra primitiva, por lo que la meteorización del lecho marino tuvo un impacto regulatorio particularmente significativo en la temperatura de la Tierra y viceversa.

Los investigadores aplicaron su comprensión del ciclo del carbono en base a datos de los últimos 100 años y, en lugar de elegir una sola teoría sobre la composición del océano y el clima, «escogieron el rango más amplio para lo desconocido y luego calcularon el rango de posibilidades para el clima y el océano pH «, dijo Krissansen-Totton a la revista Astrobiology.

«Los investigadores idearon nuevas formas de describir cómo el carbono en los sedimentos y el agua de los poros de las rocas se consume por reacciones químicas [en la intemperie del fondo marino]», explicó Andrew Kurtz, profesor de la Universidad de Boston Tierra y Medio Ambiente, que no formó parte del estudio.

Una comparación entre la Tierra Arqueana (izquierda) y la Tierra actual. Los océanos de Archean parecen verdes como resultado de una gran cantidad de iones de hierro. Las formas naranjas representan protocontinentes ricos en magnesio, antes de la era de la tectónica de placas.

Crédito: Ming Tang / Universidad de Maryland

Una imagen robusta de la Tierra primitiva

Los investigadores probaron su modelo en los últimos 100 millones de años de la historia de la Tierra, de lo cual sabemos muchos más detalles, para un artículo que publicaron el año pasado . Este nuevo estudio es el primero en implementar una representación realista y auto consistente del proceso y aplicarlo a la Tierra primitiva, dijeron los miembros del equipo de estudio.

Las simulaciones no son exactas y no resuelven todas las incertidumbres. Pero, según Krissansen-Totton, proporcionan información «robusta» sobre la Tierra primitiva. Kurtz afirmó que los resultados «producen una historia de pH y clima aparentemente razonable que es físicamente sensible y matemáticamente internamente consistente».

Los primeros quinientos millones de años de la vida de la Tierra es un período llamado Eón Hadeano, llamado así por su calor infernal. Sin embargo, los resultados del estudio desafían la noción de que la Tierra permaneció ardiendo hasta bien entrada en el Eón Arqueano. Después de disiparse el calor de la formación de la Tierra, los modelos de los investigadores sugieren que el clima y el pH del océano fueron sorprendentemente moderados: entre 32 y 122 grados Fahrenheit (0 a 50 grados Celsius), con un pH entre 6.2 y 7.7. (Un pH de 7 es neutral).

Kurtz señaló que este resultado es consistente con un influyente documento de 2002 que argumenta la probabilidad de una «Tierra primitiva y fría».

Krissansen-Totton cree que el proceso regulatorio de meteorización del carbono / suelo marino ocurriría en cualquier planeta rocoso con agua. «No hay nada especial acerca de estos procesos», dijo. Sabemos que las nebulosas pre-solares contienen los ingredientes para la vida; también sabemos que existen innumerables exoplanetas con esos ingredientes en las «zonas habitables» de sus estrellas. El estudio amplía la ventana de tiempo en que la vida podría haber surgido en esos planetas.

Más oportunidades para la vida

El modelo no resuelve los debates acerca de cuándo o dónde surgió la vida, pero guía a los científicos en direcciones productivas para futuras investigaciones. Por ejemplo, «si crees que la vida en la Tierra comenzó a altas temperaturas, eso aún podría ser cierto», dijo Krissansen-Totton, «pero eso restringiría los orígenes a entornos cálidos a nivel local como las fuentes hidrotermales».

El estudio también tiene implicaciones para la evolución planetaria. Kurtz señaló que «una vez Marte tuvo la mayor parte de lo que la Tierra tiene, o eso pensamos: agua en la superficie, dióxido de carbono en la atmósfera y rocas de silicato», una combinación que parece apoyar la posibilidad de que la vida alguna vez pudiera tener existió allí .

Los científicos creen que la atmósfera de Marte se perdió en el espacio a través del viento solar, pero quedan dudas sobre qué es lo que alteró el equilibrio cíclico del planeta rojo, y si otros planetas podrían experimentar cambios drásticos condicionales.

El nuevo estudio fue publicado en abril en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

El trabajo fue apoyado por la Astrobiología de la NASA a través del Programa de Biología Evolutiva y Exobiología y el Laboratorio Planetario Virtual, así como a través del programa de Becas de Ciencia de la Tierra y el Espacio