Una cuestión de clima

Nuestro planeta nació caliente. La Tierra fue formada hace unos 4 500 millones de años por rocas que golpearon tan violentamente unas con otras que se fundieron y se unieron entre sí.

El robot Jason II examina el conducto hidrotermal Medusa, una chimenea mineral tipo “fumarola negra” que despide agua caliente oscurecida por el hierro. Este conducto está localizado a unos 2 800 metros de profundidad en una sección de la cordillera volcánica que corre por el suelo del océano Pacífico frente a Costa Rica. En estos sistemas hidrotermales pueden encontrarse termófilos viviendo allí. © Duke University

Hace unos 4 300 millones de años, cuando ya la Tierra había dejado de ser golpeada continuamente por enormes rocas del espacio exterior, el magma se había enfriado y había comenzado a formarse la corteza continental. El vapor de agua atmosférico cayó en forma de lluvia y creó océanos sobre la joven superficie. La vida podría haberse originado no mucho después.

La cálida naturaleza de los primeros días de nuestro planeta parece haberse reflejado en el árbol de la vida; las ramas más antiguas pertenecen a los termófilos, microbios que prosperan a temperaturas de 50ºC o más. Estas formas unicelulares de vida pueden ser encontradas hoy en día viviendo en ventilas volcánicas debajo del mar, o en humeantes géiseres como los del Parque Nacional de Yellowstone.

Pero todavía continúa habiendo dudas sobre la temperatura de la Tierra durante el origen de la vida, y sobre si los termófilos representan realmente la primera vida que apareció sobre nuestro planeta.

Para escudriñar en el pasado, los científicos observan las rocas más antiguas. Estas rocas pueden decirnos cuáles eran los gases que componían la atmósfera y la clase de interacciones químicas que estaban teniendo lugar en el medioambiente. Desafortunadamente, la mayoría de las rocas en nuestro planeta ha sido alterada irremediablemente y su historia ha sido borrada. Las placas tectónicas que componen la corteza del planeta chocan unas con otras para construir montañas y se hunden una debajo de otra para fundirse nuevamente.

Sin embargo, algunas rocas han escapado de este programa de reciclado y entierro debido al azar geográfico. Groenlandia posee las rocas sedimentarias más antiguas, que datan de hace unos 3 800 millones de años. Recientemente, se han descubierto en Canadá rocas que tienen 3 750 millones de años de antigüedad, mientras que Australia y Sud África tienen rocas de 3 500 millones de años.

Las rocas más antiguas son gneisses volcánicos del noroeste de Canadá que tienen 4 000 millones de años de edad, pero las rocas que se formaron debajo de un volcán no pueden decirnos mucho sobre el medioambiente superficial. Las rocas sedimentarias se forman por la lenta acumulación de capas de suelo y esto, junto con los fósiles que quedan atrapados dentro de esas capas, proporcionan una imagen mejor acerca de cómo era el medioambiente.

Una roca sedimentaria de 3 750 millones de años de antigüedad proveniente del norte de Québec, en Canadá. Las rocas antiguas como ésta pueden proporcionar una ventana al pasado, indicando cómo era el medioambiente de la Tierra. © University of Chicago

Los científicos están estudiando estas rocas para comprender mejor cómo y cuándo la Tierra comenzó a enfriarse. Sin embargo, el clima es un fenómeno complejo y muchos factores pueden afectarlo. Los científicos que observan los diferentes aspectos del registro rocoso terminan a menudo discrepando sobre el pasado.

Hace 4 000 millones de años el Sol era una estrella joven poco luminosa, así que la Tierra recibía menos radiación solar. La temperatura de un planeta depende, sin embargo, de algo más que de la estrella alrededor de la cual orbita. Nuestro vecino planetario Venus tiene una temperatura superficial que excede los 400ºC. Si bien Venus está más cerca del Sol que la Tierra, la razón principal para este clima tan caliente es la espesa atmósfera de invernadero del planeta que atrapa al calor.

Los modelos teóricos sugieren que la primera atmósfera de la Tierra estaba compuesta por gases de invernadero como el dióxido de carbono, el metano y el vapor de agua, así como por hidrógeno y nitrógeno. Esta densa atmósfera habría hecho que la Tierra tuviera una temperatura abrasadora. Después de este punto, nuestro conocimiento sobre los cambios climáticos que ocurrieron es tan nebuloso como la misma atmósfera.

Algunos científicos, como Norm Sleep de la Universidad de Stanford, piensan que la Tierra primitiva se enfrió rápidamente, una vez que surgió la tectónica. Los minerales carbonatados que se formaron debido a los altos niveles de dióxido de carbono en el agua y en la atmósfera habrían quedado sepultados, quitando de circulación una gran cantidad de carbono, lo que resultó en una atmósfera con menos dióxido de carbono.

Unas proporciones menores de este gas de invernadero habrían producido un enfriamiento rápido, hasta que las temperaturas promediaron unos moderados 30ºC. De hecho, Sleep cree que los niveles primitivos de CO2 eran tan bajos que en varias ocasiones la antigua Tierra se convirtió en una bola de nieve; estaba tan fría que el planeta que el planeta quedaba casi totalmente cubierto por una corteza de hielo.

La Tierra podría haber sufrido varias fases “bola de nieve”, según algunos científicos. Durante estos períodos, nuestro planeta pudo haber estado cubierta por hasta un kilómetro de hielo. © Sandy Shipley

Otros científicos, como David Schwartzman de la Universidad de Howard, piensan que la Tierra primitiva permaneció caliente. Schwartzman no cree que la tectónica haya sepultado todo el carbono. En cambio, dice que el dióxido de carbono permaneció siendo un factor climático importante por largo tiempo, manteniendo una Tierra muy caliente hasta hace unos 1 500 millones de años, con temperaturas que en promedio alcanzaban entre 50ºC y 70ºC.

“Había al menos un bar de presión de dióxido de carbono hasta hace unos 2 800 millones de años”, dice Schwartzman. “Esto equivale a unas 10 000 veces el nivel que tenemos ahora”.

Alrededor de esa época, las cianobacterias y otras formas de vida microbiana comenzaron a proliferar y a engullir enormes cantidades de carbono. Entonces el metano, que era producido por algunos de estos florecientes microbios, se convirtió en un gas más dominante. Para entonces, el metano era unas 10 veces menos abundante que el CO2, “pero un poco de metano hace mucho, tal como sabemos por el calentamiento global actual”, dice Schwartzman.

El metano continúo manteniendo caliente a la Tierra hasta hace unos 2 300 millones de años, pero entonces un gas residual producido por las cianobacterias comenzó a tener un gran impacto. Este gas residual era el oxígeno, y se ha estado acumulando por millones de años. El oxígeno reaccionó con el metano, y a medida que los niveles de metano descendieron, también lo hicieron las temperaturas.

Schwartzman opina que ocurrieron breves períodos de enfriamiento durante esa tendencia generalizada al calentamiento. Hubo un período glacial hace unos 2 900 millones de años, y otro hace 2 300 millones de años. Schwartzman acredita ambas glaciaciones al aumento del oxígeno en la atmósfera. Las temperaturas rebotaron después de la primera glaciación, únicamente para experimentar breves pero drásticas caídas en los años posteriores.

Micrografías fluorescentes de cianobacterias. Estos organismos productores de oxígeno iniciaron el proceso que aumentó la concentración del oxígeno atmosférico de la Tierra. © Mary Sarcina, University College London.

La tendencia generalizada a un clima cálido finalizó cuando el oxígeno dejó de encontrar elementos para reaccionar y los niveles del oxígeno atmosférico comenzaron a estabilizarse.

Jim Kasting de la Universidad del Estado de Pennsylvania tiene una opinión diferente. En lugar de un escenario con un largo período cálido seguido de un enfriamiento relativamente reciente, o de una temprana e inmediata caída de la temperatura como el escenario de Sleep, Kasting cree que el enfriamiento de la Tierra fue más gradual. Dice que nuestro planeta tempranamente caliente comenzó a enfriarse hace unos 4 000 millones de años y que, gracias al enterramiento del carbono por causa de la tectónica, hace unos 2 900 millones de años ya se había enfriado lo suficiente como para desarrollar glaciares.

Los científicos debaten sobre los diferentes indicios de temperaturas pasadas en el registro rocoso. Discuten sobre la proporción de isótopos de oxígeno a través del tiempo geológico, la tasa de enterramiento de la tectónica, la alteración del sílice, el efecto de la biología sobre las tasas de erosión, y varios otros procesos complicados y a menudo interrelacionados que pueden convertir algo tan simple como una roca en un palimpsesto de misterio histórico.

Para los astrobiólogos, la pregunta definitiva sobre el clima inicial de la Tierra es: ¿qué temperatura se necesitó para la aparición de la vida? O, quizás, ¿puede la vida surgir en diferentes regímenes de temperatura? Muchos científicos, incluyendo a Schwartzman, piensan que la vida sobre la Tierra se formó en los conductos hidrotermales ultra-calientes del suelo oceánico. Si bien la naturaleza profundamente enraizada de los termófilos en el árbol de la vida apoya esa idea, algunos científicos hacen notar que la delicada maquinaria de la vida, tales como las proteínas y las moléculas de ADN, a menudo se descomponen con las altas temperaturas. Sleep, mientras tanto, cree que la vida probablemente se originó en condiciones frías, donde los ciclos de congelamiento-descongelamiento crearon el desequilibrio energético necesario. Sin embargo, Kasting opina que probablemente la vida se formó a temperaturas moderadas, después de que la Tierra hubiera recibido toneladas de productos orgánicos complejos a través de impactos meteóricos y cometarios.

Quizás la respuesta sobre la temperatura inicial de la Tierra (y de la vida) se encontrará en la propia vida. En un informe publicado recientemente en la revista Nature, los científicos reconstruyeron proteínas de antiguas bacterias para medir la temperatura de la Tierra a lo largo de las edades. Comparando la sensibilidad al calor de las proteínas reconstruidas, descubrieron que la vida se había desarrollado en un medioambiente cálido a 75ºC hace 3 500 millones de años, y que este medioambiente se enfrió gradualmente hasta los 40ºC hace unos 500 millones de años.

“Estudiando las proteínas codificadas por estos genes primordiales pudimos inferir información sobre las condiciones ambientales de la Tierra primitiva”, dice Eric Gaucher, presidente de investigación científica en la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada en Gainesville, Florida, y científico principal del estudio. “Los genes evolucionan para adaptarse a las condiciones ambientales en las que viven los organismos. La resurrección de estos genes extintos hace mucho tiempo nos da la oportunidad de analizar y diseccionar los antiguos entornos que han sido registrados en la secuencia genética. Esencialmente, los genes se comportan como fósiles dinámicos”.

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Artículo original en Astrobiology Magazine: “A Question of Climate”
Autor: Leslie Mullen
Fecha: 25, 2008
Enlace con el artículo original: aquí
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