Formación de la Tierra por acreción.
Recordemos que la fuerza de gravedad es una fuerza de atracción directamente proporcional a la magnitud de las masas, pero inversamente proporcional a la distancia entre ellas. Y acreción es el crecimiento de un cuerpo por adición de partículas desde el exterior. Así, por acción de la fuerza de gravedad la Tierra se fue formando e incrementando su masa, al tiempo que atraía hacia sí la masa (materia) que la circundaba. La Tierra se formó entonces por acreción o agregación de la materia circundante cuando se estaba formando el Sistema Solar Planetario.
La violencia de estos impactos que fueron formando a los planetas -y a la Tierra-. Se precipitaban sobre la superficie de la naciente Tierra objetos de todos tamaños; desde pequeños como rocas hasta decenas de kilómetros de diámetro y mucho más.
La cantidad de energía depositada en la Tierra a causa de estos impactos fue enorme. Después de chocar con la Tierra, el objeto simplemente perdía su energía de movimiento, pero por la ley de la conservación de la energía, la energía cinética se convertía toda en energía calorífica, que finalmente elevaba la temperatura.
Existieron otros mecanismos productores de calor, como la radiactividad a partir de diversos elementos químicos. Todo ello hace suponer que la Tierra primitiva se encontró en un estado semifundido, con océanos de magma (véase la figura 1), en donde las rocas y los metales podían fluir como líquidos viscosos. Esta circunstancia hizo posible que se realizara por sí solo un fraccionamiento de la materia que componía la Tierra por orden de densidades. Es decir, por la movilidad del estado líquido, los materiales más densos fluyeron al fondo y los menos densos fueron desplazados a capas superiores. Se piensa que de esta manera la mayor parte del hierro que constituye la Tierra -el 35% de la masa de la Tierra se debe al hierro- se fue al fondo. Este hundimiento gigantesco generó aún más calor, elevando la temperatura promedio de la Tierra a alrededor de 6000 ˚C.
Como resultado de estos fenómenos, el núcleo de la Tierra quedó constituido con el material más denso en ella: algo de níquel y hierro sólidos. Por encima de este núcleo se acomodó una capa de hierro líquido y luego el manto, que hoy en día también se encuentra en estado líquido. La capa más superior es la litosfera, que comparativamente a las anteriores es la menos densa. Así, la materia se fraccionó por orden de densidades y la Tierra adoptó una estructura en capas concéntricas (figura 2). De no haber alcanzado la Tierra primitiva un estado semifundido, no conoceríamos su estructura en capas concéntricas y las rocas y metales sólidos que la formaban hubieran quedado dispersos al azar en toda la extensión de su volumen, como en un gran mosaico heterogéneo.
Al cabo de 10 millones de años (apenas el 0.2% de la edad de la Tierra) nuestro planeta había alcanzado casi su tamaño final, aunque durante los siguientes 100 millones de años continuó recibiendo sobre su superficie el impacto de planetesimales de gran talla, con su carga acompañante de materia y de energía.
Formación de la atmósfera
Los gases más abundantes que formaron parte de nuestro Sistema Solar Planetario fueron el hidrógeno y el helio. Estos gases no persistieron y no llegaron a constituir una atmósfera para la Tierra porque son los más ligeros y la masa de la Tierra -ni siquiera la masa actual- no es lo suficientemente grande como para poder retenerlos; simplemente se fueron escapando hacia el espacio. La historia es muy diferente para los planetas gigantes, como Júpiter o Saturno, que dada su gran masa han retenido hasta nuestros días al hidrógeno y al helio en la abundancia que, se calcula, tuvo el Universo cuando nuestro Sistema Solar se estaba formando.
La acumulación de una capa gaseosa que constituiría nuestra atmósfera primitiva se fue formando en el intervalo de 200 a 300 millones de años después del origen de la Tierra. Antes de eso no podía existir una atmósfera por varios motivos:
1. La Tierra no tenía suficiente fuerza de gravedad para retener a las moléculas de la atmósfera.
2. La Tierra estaba muy caliente, lo que facilitaba el desprendimiento de los gases ligeros.
3. El viento solar incidió en ella hasta que se formó la magnetosfera.
Así, durante un lento proceso que ocupó un 2% de la edad de la Tierra (100 millones de años), la atmósfera fue tomando forma y al término de un 6.6% de la edad de la Tierra (300 millones de años) su atmósfera quedó constituida.
Se piensa que el origen de la atmósfera fue a partir de los gases que estaban ocluidos en el interior de la Tierra primigenia. Dada su elevada temperatura, de nuestro planeta emanaban gases desde su interior. A este proceso se le conoce como desgasificación. Otro proceso que contribuyó en menor proporción (aún indeterminada) a la formación de la atmósfera primitiva fue la caída de cometas,
Aunque todavía se investiga cuál pudo ser la composición química de la atmósfera primitiva, se tiene suficiente confianza para suponer que contuvo gases más pesados que el hidrógeno y el helio, tales como vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y nitrógeno (N2), además de otros en mucho menor cantidad [dióxido de azufre (SO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), amoníaco (NH3) y oxígeno (O2), este último proveniente de la fotólisis del H2O y del CO2, es decir, proveniente de la descomposición de estos dos gases por medio de la luz (fotólisis) que llegaba del Sol]. La cantidad de CO2 en la atmósfera primitiva fue muy superior a la que contiene la atmósfera contemporánea. Debido a las altas temperaturas que prevalecían, algunos minerales como las calcitas se descomponían en CO2 y CO. Se piensa que la cantidad de CO2 en la atmósfera primitiva fue entre 100 y 1000 veces superior a la actual.
Claramente, la temperatura de la Tierra era muy elevada para alojar agua líquida, todo estaba como vapor. El oxígeno no formaba parte de la atmósfera -a excepción del muy escaso oxígeno formado por fotólisis-. El oxígeno fue un producto tardío y netamente de origen biológico en cuanto a su producción masiva.
La Tierra posiblemente estuvo envuelta en una densa masa de vapor de agua, principalmente, la cual reflejaba un color rojizo proveniente de la lava abundante en aquellos tiempos. No podríamos hablar propiamente de una coloración del cielo, no existió un día claro en aquella época. Esa Tierra, por supuesto, era estéril y sujeta todavía a un intenso bombardeo de asteroides y cometas de todos tamaños, desde algunas decenas de metros hasta varias decenas de kilómetros, ¡algunos tan grandes como una montaña!
Formación de la primera corteza sólida
La evidencia actual señala que la primera corteza sólida de la Tierra se formó después de 600 millones de años. Es decir, después de haber transcurrido un 13% de la edad de la Tierra. La actividad geológica de la Tierra primigenia fue intensa, con numerosos volcanes en actividad y fuentes de aguas termales (figura 4). En los días claros, posiblemente predominaba un cielo azul porque ya contenía una atmósfera estable (sin oxígeno); localmente podría tornarse rojiza u os-cura, debido a su exuberante actividad volcánica propia de un planeta con altas temperaturas en su interior, además de la actividad volcánica inducida por la caída de meteoritos y cometas de gran talla.
Intenso bombardeo planetario
Es importante considerar algunos aspectos sobre el intenso bombardeo que experimentó la Tierra (al igual que los demás planetas rocosos) después de haberse formado. Su importancia reside en que tuvieron una marcada influencia sobre el origen de la vida en la Tierra.
Los estudios planetarios han revelado que los planetas rocosos estuvieron sujetos a un bombardeo masivo durante los primeros 500-700 millones de años. Los cuerpos impactantes fueron meteoritos y cometas. Los primeros de una constitución rocosa y/o metálica, y los segundos compuestos de hielos -principalmente de agua, aunque también acompañados en muy pequeñas cantidades de hielos de CO2 y de NH3- y polvo de origen rocoso.
La cantidad de energía que podían depositar tales objetos al chocar con la Tierra era verdaderamente de consideración, al extremo de poder elevar globalmente la temperatura superficial del planeta. A mayor masa y velocidad del bólido al colisionar con la Tierra, mayor era el incremento de la temperatura. Por ejemplo, se ha calculado que el impacto de un objeto tan grande como 500 km de diámetro sería capaz de formar transitoriamente una atmósfera espesa de vapor de roca y liberar tal cantidad de energía que llegaría a esterilizar la superficie de la Tierra primitiva. Y en el caso de contener océanos, los pondría en ebullición por completo. Un desastre de esta magnitud se prolongaría por miles de años, tiempo que duraría la precipitación de toda el agua vaporizada. Esterilizar la Tierra significa que globalmente la elevación de la temperatura sería de más de 110 ˚C, suficiente para aniquilar cualquier forma de vida que hubiera podido surgir sobre esa Tierra inhóspita. En caso de una colisión con un planetesimal de 50-60 km de diámetro, solamente los organismos unicelulares más resistentes al calor podrían sobrevivir. Estos microorganismos se conocen como hipertermófilos, los cuales viven óptimamente en agua a 80-110 ˚C. Posiblemente el número de colisiones gigantescas de este tipo que ocurrieron durante los primeros 500-700 millones de años no excedió de 12.
La era de bombardeo intenso culminó hace 4000 a 3800 millones de años con un periodo de fuerte bombardeo por planetesimales residuales de 10-100 km de diámetro. Luego, el bombardeo decreció gradualmente durante 400 millones de años hasta hace 3500 millones de años. De esa época hasta el presente la frecuencia del bombardeo de planetesimales se ha mantenido constante. Por ejemplo, la frecuencia actual estimada para la caída de un cuerpo de 10 km de diámetro es de una vez cada 100 millones de años. Si creemos a esos números, la Tierra no recibirá un planetesimal de esa talla en aproximadamente 35 millones de años, puesto que hace 65 millones cayó en la Tierra un cuerpo aproximadamente de ese tamaño, justamente en la Península de Yucatán, A este fenómeno se le ha atribuido la extinción de un gran número de especies, entre ellas la de los dinosaurios.
Formación de los océanos
Se tiene evidencia de que los océanos estuvieron presentes desde hace 4400 a 4000 millones de años (entre un 3.7% y 12% del tiempo de la edad de la Tierra). Es decir, uno de los límites de este intervalo coincide aproximadamente con la época de la formación de la primera corteza sólida del planeta. Posiblemente el agua se acomodó en varios océanos aislados, debido a la formación de hondonadas y cuencas por el intenso bombardeo. Los incipientes continentes eran muy pequeños, posiblemente apenas representaban un 8% de la superficie actual de los continentes.
Se tiene evidencia para pensar que el origen del agua de los océanos tuvo varios orígenes. Por una parte, durante el proceso de degasificación, el interior de la Tierra proporcionó una buena parte de vapor de agua. Otras fuentes del líquido vital fueron los mismos meteoritos y asteroides que, aunque rocosos, contienen una porción de agua que puede ser de consideración dado el gran número y tamaño de estos cuerpos. Finalmente, y parece ser la fuente de mayor importancia, fue la contribución por medio de los cometas que, como he mencionado, son enormes cuerpos formados principalmente por hielo de agua.
Evidencia indirecta del origen de la vida en la Tierra
La primera evidencia que señala la existencia de células vivas en la Tierra PRIMITIVA procede no de la identificación de los restos de la misma célula, sino de los productos del metabolismo de células vivas. Por eso esta evidencia es una prueba indirecta del origen de la vida en la Tierra. Estas pruebas consisten en la identificación de compuestos de carbono propios de la actividad metabólica de una célula viva, y también de ciertos compuestos minerales específicos que pueden producir determinados organismos unicelulares. La datación de estos restos permite establecer el surgimiento de la vida en la Tierra a los 700 millones después de haberse formado la Tierra, es decir, hace 3870 millones de años.
Recordemos que la fuerza de gravedad es una fuerza de atracción directamente proporcional a la magnitud de las masas, pero inversamente proporcional a la distancia entre ellas. Y acreción es el crecimiento de un cuerpo por adición de partículas desde el exterior. Así, por acción de la fuerza de gravedad la Tierra se fue formando e incrementando su masa, al tiempo que atraía hacia sí la masa (materia) que la circundaba. La Tierra se formó entonces por acreción o agregación de la materia circundante cuando se estaba formando el Sistema Solar Planetario.
La violencia de estos impactos que fueron formando a los planetas -y a la Tierra-. Se precipitaban sobre la superficie de la naciente Tierra objetos de todos tamaños; desde pequeños como rocas hasta decenas de kilómetros de diámetro y mucho más.
La cantidad de energía depositada en la Tierra a causa de estos impactos fue enorme. Después de chocar con la Tierra, el objeto simplemente perdía su energía de movimiento, pero por la ley de la conservación de la energía, la energía cinética se convertía toda en energía calorífica, que finalmente elevaba la temperatura.
Existieron otros mecanismos productores de calor, como la radiactividad a partir de diversos elementos químicos. Todo ello hace suponer que la Tierra primitiva se encontró en un estado semifundido, con océanos de magma (véase la figura 1), en donde las rocas y los metales podían fluir como líquidos viscosos. Esta circunstancia hizo posible que se realizara por sí solo un fraccionamiento de la materia que componía la Tierra por orden de densidades. Es decir, por la movilidad del estado líquido, los materiales más densos fluyeron al fondo y los menos densos fueron desplazados a capas superiores. Se piensa que de esta manera la mayor parte del hierro que constituye la Tierra -el 35% de la masa de la Tierra se debe al hierro- se fue al fondo. Este hundimiento gigantesco generó aún más calor, elevando la temperatura promedio de la Tierra a alrededor de 6000 ˚C.
Como resultado de estos fenómenos, el núcleo de la Tierra quedó constituido con el material más denso en ella: algo de níquel y hierro sólidos. Por encima de este núcleo se acomodó una capa de hierro líquido y luego el manto, que hoy en día también se encuentra en estado líquido. La capa más superior es la litosfera, que comparativamente a las anteriores es la menos densa. Así, la materia se fraccionó por orden de densidades y la Tierra adoptó una estructura en capas concéntricas (figura 2). De no haber alcanzado la Tierra primitiva un estado semifundido, no conoceríamos su estructura en capas concéntricas y las rocas y metales sólidos que la formaban hubieran quedado dispersos al azar en toda la extensión de su volumen, como en un gran mosaico heterogéneo.
Al cabo de 10 millones de años (apenas el 0.2% de la edad de la Tierra) nuestro planeta había alcanzado casi su tamaño final, aunque durante los siguientes 100 millones de años continuó recibiendo sobre su superficie el impacto de planetesimales de gran talla, con su carga acompañante de materia y de energía.
Formación de la atmósfera
Los gases más abundantes que formaron parte de nuestro Sistema Solar Planetario fueron el hidrógeno y el helio. Estos gases no persistieron y no llegaron a constituir una atmósfera para la Tierra porque son los más ligeros y la masa de la Tierra -ni siquiera la masa actual- no es lo suficientemente grande como para poder retenerlos; simplemente se fueron escapando hacia el espacio. La historia es muy diferente para los planetas gigantes, como Júpiter o Saturno, que dada su gran masa han retenido hasta nuestros días al hidrógeno y al helio en la abundancia que, se calcula, tuvo el Universo cuando nuestro Sistema Solar se estaba formando.
La acumulación de una capa gaseosa que constituiría nuestra atmósfera primitiva se fue formando en el intervalo de 200 a 300 millones de años después del origen de la Tierra. Antes de eso no podía existir una atmósfera por varios motivos:
1. La Tierra no tenía suficiente fuerza de gravedad para retener a las moléculas de la atmósfera.
2. La Tierra estaba muy caliente, lo que facilitaba el desprendimiento de los gases ligeros.
3. El viento solar incidió en ella hasta que se formó la magnetosfera.
Así, durante un lento proceso que ocupó un 2% de la edad de la Tierra (100 millones de años), la atmósfera fue tomando forma y al término de un 6.6% de la edad de la Tierra (300 millones de años) su atmósfera quedó constituida.
Se piensa que el origen de la atmósfera fue a partir de los gases que estaban ocluidos en el interior de la Tierra primigenia. Dada su elevada temperatura, de nuestro planeta emanaban gases desde su interior. A este proceso se le conoce como desgasificación. Otro proceso que contribuyó en menor proporción (aún indeterminada) a la formación de la atmósfera primitiva fue la caída de cometas,
Aunque todavía se investiga cuál pudo ser la composición química de la atmósfera primitiva, se tiene suficiente confianza para suponer que contuvo gases más pesados que el hidrógeno y el helio, tales como vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y nitrógeno (N2), además de otros en mucho menor cantidad [dióxido de azufre (SO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), amoníaco (NH3) y oxígeno (O2), este último proveniente de la fotólisis del H2O y del CO2, es decir, proveniente de la descomposición de estos dos gases por medio de la luz (fotólisis) que llegaba del Sol]. La cantidad de CO2 en la atmósfera primitiva fue muy superior a la que contiene la atmósfera contemporánea. Debido a las altas temperaturas que prevalecían, algunos minerales como las calcitas se descomponían en CO2 y CO. Se piensa que la cantidad de CO2 en la atmósfera primitiva fue entre 100 y 1000 veces superior a la actual.
Claramente, la temperatura de la Tierra era muy elevada para alojar agua líquida, todo estaba como vapor. El oxígeno no formaba parte de la atmósfera -a excepción del muy escaso oxígeno formado por fotólisis-. El oxígeno fue un producto tardío y netamente de origen biológico en cuanto a su producción masiva.
La Tierra posiblemente estuvo envuelta en una densa masa de vapor de agua, principalmente, la cual reflejaba un color rojizo proveniente de la lava abundante en aquellos tiempos. No podríamos hablar propiamente de una coloración del cielo, no existió un día claro en aquella época. Esa Tierra, por supuesto, era estéril y sujeta todavía a un intenso bombardeo de asteroides y cometas de todos tamaños, desde algunas decenas de metros hasta varias decenas de kilómetros, ¡algunos tan grandes como una montaña!
Formación de la primera corteza sólida
La evidencia actual señala que la primera corteza sólida de la Tierra se formó después de 600 millones de años. Es decir, después de haber transcurrido un 13% de la edad de la Tierra. La actividad geológica de la Tierra primigenia fue intensa, con numerosos volcanes en actividad y fuentes de aguas termales (figura 4). En los días claros, posiblemente predominaba un cielo azul porque ya contenía una atmósfera estable (sin oxígeno); localmente podría tornarse rojiza u os-cura, debido a su exuberante actividad volcánica propia de un planeta con altas temperaturas en su interior, además de la actividad volcánica inducida por la caída de meteoritos y cometas de gran talla.
Intenso bombardeo planetario
Es importante considerar algunos aspectos sobre el intenso bombardeo que experimentó la Tierra (al igual que los demás planetas rocosos) después de haberse formado. Su importancia reside en que tuvieron una marcada influencia sobre el origen de la vida en la Tierra.
Los estudios planetarios han revelado que los planetas rocosos estuvieron sujetos a un bombardeo masivo durante los primeros 500-700 millones de años. Los cuerpos impactantes fueron meteoritos y cometas. Los primeros de una constitución rocosa y/o metálica, y los segundos compuestos de hielos -principalmente de agua, aunque también acompañados en muy pequeñas cantidades de hielos de CO2 y de NH3- y polvo de origen rocoso.
La cantidad de energía que podían depositar tales objetos al chocar con la Tierra era verdaderamente de consideración, al extremo de poder elevar globalmente la temperatura superficial del planeta. A mayor masa y velocidad del bólido al colisionar con la Tierra, mayor era el incremento de la temperatura. Por ejemplo, se ha calculado que el impacto de un objeto tan grande como 500 km de diámetro sería capaz de formar transitoriamente una atmósfera espesa de vapor de roca y liberar tal cantidad de energía que llegaría a esterilizar la superficie de la Tierra primitiva. Y en el caso de contener océanos, los pondría en ebullición por completo. Un desastre de esta magnitud se prolongaría por miles de años, tiempo que duraría la precipitación de toda el agua vaporizada. Esterilizar la Tierra significa que globalmente la elevación de la temperatura sería de más de 110 ˚C, suficiente para aniquilar cualquier forma de vida que hubiera podido surgir sobre esa Tierra inhóspita. En caso de una colisión con un planetesimal de 50-60 km de diámetro, solamente los organismos unicelulares más resistentes al calor podrían sobrevivir. Estos microorganismos se conocen como hipertermófilos, los cuales viven óptimamente en agua a 80-110 ˚C. Posiblemente el número de colisiones gigantescas de este tipo que ocurrieron durante los primeros 500-700 millones de años no excedió de 12.
La era de bombardeo intenso culminó hace 4000 a 3800 millones de años con un periodo de fuerte bombardeo por planetesimales residuales de 10-100 km de diámetro. Luego, el bombardeo decreció gradualmente durante 400 millones de años hasta hace 3500 millones de años. De esa época hasta el presente la frecuencia del bombardeo de planetesimales se ha mantenido constante. Por ejemplo, la frecuencia actual estimada para la caída de un cuerpo de 10 km de diámetro es de una vez cada 100 millones de años. Si creemos a esos números, la Tierra no recibirá un planetesimal de esa talla en aproximadamente 35 millones de años, puesto que hace 65 millones cayó en la Tierra un cuerpo aproximadamente de ese tamaño, justamente en la Península de Yucatán, A este fenómeno se le ha atribuido la extinción de un gran número de especies, entre ellas la de los dinosaurios.
Formación de los océanos
Se tiene evidencia de que los océanos estuvieron presentes desde hace 4400 a 4000 millones de años (entre un 3.7% y 12% del tiempo de la edad de la Tierra). Es decir, uno de los límites de este intervalo coincide aproximadamente con la época de la formación de la primera corteza sólida del planeta. Posiblemente el agua se acomodó en varios océanos aislados, debido a la formación de hondonadas y cuencas por el intenso bombardeo. Los incipientes continentes eran muy pequeños, posiblemente apenas representaban un 8% de la superficie actual de los continentes.
Se tiene evidencia para pensar que el origen del agua de los océanos tuvo varios orígenes. Por una parte, durante el proceso de degasificación, el interior de la Tierra proporcionó una buena parte de vapor de agua. Otras fuentes del líquido vital fueron los mismos meteoritos y asteroides que, aunque rocosos, contienen una porción de agua que puede ser de consideración dado el gran número y tamaño de estos cuerpos. Finalmente, y parece ser la fuente de mayor importancia, fue la contribución por medio de los cometas que, como he mencionado, son enormes cuerpos formados principalmente por hielo de agua.
Evidencia indirecta del origen de la vida en la Tierra
La primera evidencia que señala la existencia de células vivas en la Tierra PRIMITIVA procede no de la identificación de los restos de la misma célula, sino de los productos del metabolismo de células vivas. Por eso esta evidencia es una prueba indirecta del origen de la vida en la Tierra. Estas pruebas consisten en la identificación de compuestos de carbono propios de la actividad metabólica de una célula viva, y también de ciertos compuestos minerales específicos que pueden producir determinados organismos unicelulares. La datación de estos restos permite establecer el surgimiento de la vida en la Tierra a los 700 millones después de haberse formado la Tierra, es decir, hace 3870 millones de años.
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