29/Feb/08

Revista Axxón Axxón en facebook Lectores de Axxón en facebook

Una cuestión de clima

Nuestro planeta nació caliente. La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años de rocas que impactaron con tanta violencia que se fundieron y se mantuvieron juntas

Durante unos 4.300 millones de años, en cuanto la Tierra dejó de ser aporreada continuamente por inmensas rocas desde el espacio exterior, el magma se había enfriado y comenzaba a formarse la corteza continental. El vapor de agua caía como lluvia desde la atmósfera y creaba océanos sobre la joven superficie. La vida podría haberse originado no demasiado tiempo después de esto.

La naturaleza caliente de los primeros días de nuestro planeta parece estar reflejada en el árbol de la vida; las ramas más antiguas son termófilos, microbios que crecen en temperaturas de 50° C (122° F) o más altas. Estas formas de vida unicelular pueden ser encontradas hoy viviendo en respiraderos volcánicos bajo el mar, o en géiseres de vapor como los del Parque Nacional Yellowstone.

Pero quedan dudas sobre la temperatura de la Tierra durante el origen de la vida, y si los termófilos en realidad representan la primera vida en aparecer en nuestro planeta.

Para espiar dentro del pasado, los científicos miran las rocas más antiguas. Las rocas pueden contarnos qué clase de gases formaban la atmósfera, y la clase de interacciones químicas que tenían lugar en el ambiente. Por desgracia, la mayor parte de las rocas en nuestro planeta han sido irrevocablemente alteradas, y su historia borrada. Las placas tectónicas que forman la corteza del planeta chocan entre sí para elevar montañas y hundirse unas a otras para fundirse otra vez.

Sin embargo, algunas rocas han abandonado este reciclaje y programa de entierro rocoso debido a una aleatoria suerte de geografía. Groenlandia tiene las rocas sedimentarias más antiguas y se remontan a unos 3.800 millones de años atrás. Unas rocas que se remontan a 3.750 millones de años atrás fueron encontradas recientemente en Canadá, mientras que Australia y Sudáfrica tienen rocas de 3.500 millones de años. Las rocas más viejas son volcánicas, gneisses, de 4.000 millones de años, al noroeste de Canadá, pero las rocas que se formaron debajo de un volcán no pueden decirnos mucho sobre el ambiente de la superficie. Las rocas sedimentarias están formadas por la lenta acumulación de las capas de suelo y éste, junto con los fósiles que son atrapados dentro de estas capas, proveen una mejor representación de cómo era el ambiente.

Los científicos están estudiando estas rocas para comprender mejor cómo y cuándo empezó a enfriarse la Tierra. Sin embargo, el clima es un fenómeno complejo y pueden afectarlo muchos factores. Los científicos que miran diferentes aspectos dentro del registro de roca a menudo terminan sin ponerse de acuerdo sobre el pasado.

El sol era una débil estrella joven hace unos 4.000 millones de años, de modo que la Tierra habría recibido menos radiación solar. La temperatura de un planeta depende de más factores que la estrella alrededor de la que gira, sin embargo. Nuestro vecino planetario Venus tiene una temperatura superficial que excede los 400° C (800° F). Mientras que Venus está más cerca del Sol que la Tierra, la razón principal de su clima caliente viene de la gruesa atmósfera de invernadero de Venus que atrapa calor.

Los modelos teóricos sugieren que la primera atmósfera de la Tierra estaba compuesta de gases de invernadero como el dióxido de carbono, metano, y vapor de agua, así como de hidrógeno y nitrógeno. Esta densa atmósfera habría mantenido a la Tierra sumamente caliente. Después de este punto, nuestro conocimiento de los cambios climáticos ocurridos es tan nebuloso como la atmósfera misma.

Algunos científicos, como Norm Sleep de la Stanford University, piensan que la primitiva Tierra se enfrió rápidamente cuando empezó la tectónica. Se formaron carbonatos de minerales debido a los altos niveles de dióxido de carbono en el agua, y la atmósfera habría quedado enterrada, retirando mucho carbono de circulación y resultando en una atmósfera con menos dióxido de carbono. Las menores cantidades de estos gases de invernadero habrían conducido a un rápido enfriamiento, hasta temperaturas promedio de un moderado 30° C (86° F). De hecho, Sleep piensa que los primitivos niveles de CO2 eran tan bajos que la antigua Tierra varias veces se convirtió en una bola de nieve, hacía tanto frío que el planeta estaba casi completamente cubierto con una corteza de hielo.

Otros científicos, como David Schwartzman de la Howard University, piensan que la Tierra primitiva permaneció caliente. Schwartzman no cree que la tectónica enterrara todo el carbono. En cambio, dice que el dióxido de carbono siguió siendo un factor climático muy importante durante mucho tiempo, manteniendo a la Tierra caliente hasta hace unos 1.500 millones de años, con temperaturas promedio entre 50° y 70° C (122° - 158° F).

"Había al menos una barra de dióxido de carbono hasta hace unos 2.800 millones de años", dice Schwartzman. "Es 10.000 veces el nivel que tenemos ahora".

Alrededor de ese momento, las cianobacterias y otras formas de vida microbianas empezaron a proliferar y comer enormes cantidades de carbono. Luego el metano, que era producido por alguna de esta floreciente vida microbiana, se volvió un gas más dominante. En ese entonces, el metano era menos abundante, una décima parte o menos, que el CO2, "pero un poco de metano dura mucho tiempo, como sabemos hoy por el calentamiento global", dice Schwartzman. El metano mantuvo caliente a la Tierra hasta hace 2.300 millones de años, pero entonces un gas de desecho producido por las cianobacterias empezó a tener un gran impacto. Este gas de desecho era el oxígeno, y ha estado creciendo lentamente durante millones de años. El oxígeno reaccionó con el metano, y cuando los niveles de metano empezaron a bajar, también la temperatura.

Schwartzman dice que los breves períodos de enfriamiento ocurrieron dentro de la tendencia al calor del conjunto. Hubo un período glacial hace unos 2.900 millones de años, y otro hace 2.300 millones de años. Schwartzman atribuye ambas glaciaciones al aumento de oxígeno en la atmósfera. Las temperaturas volvieron a subir después de la primera glaciación, sólo para experimentar otra vez saltos breves pero bruscos en los años posteriores. La tendencia general al clima caliente por fin terminó cuando el oxígeno libre dejó de encontrar elementos con los cuales reaccionar, y el nivel de oxígeno atmosférico empezó a estabilizarse.

Jim Kasting de la Penn State University tiene una opinión diferente. En lugar del prolongado período caliente que sugiere Schwartzman seguido por un enfriamiento relativamente reciente, o una caída de la temperatura al principio como sugiere Sleep, Kasting piensa que el enfriamiento de la Tierra fue más gradual. Dice que la primitiva Tierra caliente empezó a enfriarse hace unos 4.000 millones de años, y que gracias al carbono enterrado por la tectónica, estuvo lo bastante fría hace unos 2.900 millones de años atrás para desarrollar glaciares.

Los científicos debaten sobre los diferentes registros rocosos de las temperaturas anteriores. Discuten sobre la proporción de isótopos de oxígeno a través del tiempo geológico, la proporción del entierro tectónico, la alteración de sílice, el efecto de la biología sobre los índices del clima, y sobre varios otros procesos complicados y a menudo interconectados que pueden volver algo tan simple como una roca en un palimpsesto de histórico misterio.

Para los astrobiólogos, la cuestión final sobre el primer clima de la Tierra es: ¿Qué temperatura era necesaria para que la vida apareciera? O, quizás, ¿puede la vida aparecer en muchos regímenes diferentes de temperatura? Muchos científicos, incluyendo a Schwartzman, piensan que la vida sobre la Tierra se formó en los ultra calientes respiraderos hidrotermales en el fondo oceánico. Mientras la naturaleza profundamente arraigada de los termófilos en el árbol de la vida apoya esto, algunos científicos señalan que la delicada maquinaria de la vida, como las moléculas de proteínas y ADN, a menudo se hace pedazos en altas temperaturas. Sleep, mientras tanto, piensa que la vida probablemente se originó bajo condiciones frías, donde los ciclos helada-deshielo crearon el desequilibrio energético necesario. Sin embargo, Kasting piensa que es muy posible que la vida se originara en temperaturas moderadas, después de que la Tierra recibiera toneladas de complejos orgánicos por los impactos de meteoritos y cometas.

Quizás la respuesta a la pregunta sobre las primeras temperaturas de la Tierra, y de la vida, sea encontrada en la vida misma. En un informe recientemente publicado en la revista Nature, unos científicos reconstruyeron proteínas de antiguas bacterias para medir la temperatura de la Tierra a lo largo de las eras. Comparando la sensibilidad al calor de las proteínas reconstruidas, descubrieron que la vida vivió en un ambiente caliente de 75° C (165° F) hace 3.500 millones de años, y que este ambiente se enfrió gradualmente a 40° C (100° F) hace unos 500 millones de años.

"Al estudiar las proteínas codificadas por estos genes primigenios, podemos deducir la información sobre las condiciones ambientales de la primitiva Tierra", dice Eric Gaucher, director de investigación científica en la Foundation for Applied Molecular Evolution en Gainesville, Florida, y científico principal del estudio. "Los genes evolucionan para adaptarse a las condiciones ambientales en las que un organismo vive. Al resucitar estos genes, extintos hace tanto tiempo, nos da la oportunidad de analizar y disecar los antiguos ambientes que han sido grabados en la secuencia de gen. Los genes actúan esencialmente como fósiles dinámicos".

Fuente: Leslie Mullen para Astrobiology. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard