Los científicos pueden haber aprendido cómo la Tierra obtuvo su agua
Un estudio innovador de investigadores de Carnegie Science y UCLA sugiere que los orígenes del agua de la Tierra pueden estar relacionados con las interacciones entre las atmósferas ricas en hidrógeno y los océanos de magma de los embriones planetarios durante los años formativos de la Tierra.
La investigación, publicada en la revista Nature , ofrece nuevos conocimientos sobre el desarrollo de las características distintivas de la Tierra y tiene implicaciones significativas para nuestra comprensión de la evolución del planeta.
Durante muchos años, la comprensión de la formación de planetas se basó principalmente en las observaciones de nuestro propio Sistema Solar. Si bien existen debates activos en torno a la formación de gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, se acepta ampliamente que la Tierra y otros planetas rocosos se formaron a partir del disco de polvo y gas que rodea al Sol durante su infancia.
Los planetesimales que finalmente formaron la Tierra se hicieron más grandes y más calientes a medida que chocaban con objetos cada vez más grandes, creando un vasto océano de magma debido al calor generado por estos impactos y la presencia de elementos radiactivos. Con el tiempo, a medida que el planeta se enfriaba, el material más denso se hundió hacia adentro, separando la Tierra en tres capas distintas: el núcleo metálico y el manto y la corteza rocosos de silicato.
Los avances recientes en la investigación de exoplanetas han llevado a un nuevo enfoque para modelar las primeras etapas de la Tierra. “Los descubrimientos de exoplanetas nos han dado una apreciación mucho mayor de lo común que es que los planetas recién formados estén rodeados de atmósferas ricas en hidrógeno molecular, H2, durante sus primeros millones de años de crecimiento”, explicó Anat Shahar, uno de los los investigadores involucrados en el estudio. “Eventualmente, estas envolturas de hidrógeno se disipan, pero dejan sus huellas dactilares en la composición del joven planeta”.
Cómo se hizo el estudio
Armados con esta nueva perspectiva, Shahar y sus colegas de Carnegie Science y UCLA desarrollaron un modelo para simular la formación y evolución de la Tierra, examinando si los rasgos químicos únicos del planeta podrían reproducirse.
Sus hallazgos revelan que las primeras interacciones entre el océano de magma de la Tierra y una protoatmósfera de hidrógeno molecular podrían haber llevado a la formación de su abundancia de agua y su estado oxidado general.
El equipo de investigación utilizó modelos matemáticos para explorar el intercambio de materiales entre atmósferas de hidrógeno molecular y océanos de magma, considerando 25 compuestos diferentes y 18 tipos diferentes de reacciones.
Los resultados de estas simulaciones revelaron que las interacciones entre el océano de magma y la atmósfera causaron que grandes masas de hidrógeno se movieran hacia el núcleo metálico, oxidaron el manto y produjeron cantidades significativas de agua.
El estudio sugiere que incluso si todo el material rocoso que se combinó para formar la Tierra estuviera completamente seco, las interacciones entre la atmósfera de hidrógeno molecular y el océano de magma aún generarían cantidades sustanciales de agua. Si bien pueden existir otras fuentes de agua, no son necesarias para explicar el estado actual de nuestro planeta.
Shahar enfatiza que esta es solo una posible explicación para la evolución de la Tierra, pero que podría establecer una conexión importante entre la historia de formación de la Tierra y los exoplanetas más comunes descubiertos orbitando estrellas distantes, conocidos como Super-Tierras y sub-Neptunos.
Esta investigación se llevó a cabo como parte del proyecto AEThER multidisciplinario e interdisciplinario, dirigido por Shahar, que tiene como objetivo comprender la composición química de los planetas más comunes de la galaxia de la Vía Láctea y desarrollar un marco para detectar signos de vida en mundos distantes.
Financiado por la Fundación Alfred P. Sloan, el proyecto busca comprender cómo la formación y evolución de estos planetas dan forma a sus atmósferas, lo que, a su vez, podría ayudar a los científicos a diferenciar las biofirmas verdaderas de las moléculas atmosféricas de origen no biológico.
“Telescopios cada vez más potentes están permitiendo a los astrónomos comprender la composición de las atmósferas de los exoplanetas con detalles nunca antes vistos”, dijo Shahar. “El trabajo de AEThER informará sus observaciones con datos experimentales y de modelado que, esperamos, conduzcan a un método infalible para detectar signos de vida en otros mundos”.
Prevalencia del agua en el universo
De hecho, el agua es bastante común en todo el universo. Se compone principalmente de dos de los elementos más abundantes en el cosmos: hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, representa aproximadamente el 75% de su masa elemental, mientras que el oxígeno es el tercer elemento más abundante.
Se ha detectado agua en varias formas en nuestro Sistema Solar, como hielo en planetas y lunas, así como en forma de vapor de agua en la atmósfera de algunos planetas. Además, se ha encontrado agua en forma de hielo en cometas y asteroides, que son restos del Sistema Solar primitivo.
Más allá de nuestro Sistema Solar, se ha detectado agua en las nubes interestelares y en los discos alrededor de estrellas jóvenes, donde se están formando nuevos planetas. Las observaciones de exoplanetas, planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro Sistema Solar, también han revelado la presencia de vapor de agua en las atmósferas de algunos de estos mundos distantes.
Aunque el agua es común en todo el universo, es importante señalar que las condiciones necesarias para que exista agua líquida, esencial para la vida tal como la conocemos, son más específicas y dependen de factores como la temperatura, la presión y la presencia de un ambiente adecuado.
La búsqueda de planetas dentro de la “zona habitable” alrededor de sus estrellas anfitrionas, donde las condiciones podrían permitir que exista agua líquida, es un aspecto clave de la búsqueda en curso para encontrar mundos potencialmente habitables y evidencia de vida extraterrestre.
Agua líquida en nuestro sistema solar
Aparte de la Tierra, donde abunda el agua líquida, también hay evidencia de agua líquida en otros cuerpos celestes, aunque a menudo está escondida debajo de la superficie o mezclada con otros materiales. Algunos ejemplos incluyen:
Marte: Hay evidencia de agua líquida debajo de la superficie de Marte, con varios lagos subterráneos descubiertos a través de datos de radar del orbitador Mars Express. Además, los científicos creen que el agua puede existir como capas delgadas y transitorias de agua salada (salada) en la superficie marciana debido a la presencia de sales hidratadas.
Europa: Europa, una de las lunas más grandes de Júpiter, se cree que tiene un océano de agua líquida bajo la superficie debajo de su corteza helada. Este océano podría contener más del doble de la cantidad de agua que se encuentra en la Tierra. La presencia de este océano subterráneo se infiere de las observaciones realizadas por la nave espacial Galileo y el telescopio espacial Hubble, como la evidencia de géiseres y características superficiales que indican una capa líquida debajo del hielo.
Encelado: Encelado, una luna de Saturno, también se cree que tiene un océano subterráneo de agua líquida debajo de su capa helada. Esto ha sido respaldado por datos de la nave espacial Cassini, que observó géiseres que arrojaban vapor de agua y partículas de hielo desde la región polar sur de la luna. Se cree que estos géiseres están conectados al océano subterráneo, que podría contener respiraderos hidrotermales, lo que convierte a Encelado en un objetivo potencial en la búsqueda de vida extraterrestre.
Ganímedes: Ganímedes, otra de las grandes lunas de Júpiter, también se sospecha que tiene un océano subterráneo de agua líquida debajo de su superficie helada. La evidencia de las misiones Galileo y Hubble, así como de los telescopios terrestres, sugiere la existencia de este océano subterráneo.
Estos ejemplos muestran que existe agua líquida en nuestro Sistema Solar más allá de la Tierra, principalmente en forma de océanos subterráneos en lunas heladas. Esto ha llevado a un mayor interés en estos cuerpos celestes como hábitats potenciales para la vida, ya que el agua es un ingrediente crucial para la vida tal como la conocemos.
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