Nueva teoría explica cómo llegó el agua a la Tierra

Al principio de su historia nuestro planeta estaba seco, ¿cómo se volvió azul? Ésta es una pregunta absolutamente fundamental a la que una nueva teoría podría dar respuesta.

En el momento de su formación, la Tierra estaba demasiado caliente para contener agua helada. Por tanto, toda el agua presente en la Tierra debe tener un origen extraterrestre. El estudio de rocas terrestres antiguas muestra que ya existía agua líquida en nuestro planeta muy temprano (al menos en las escalas temporales de los astrofísicos), alrededor de 100 millones de años después de la formación del Sol. Esta agua tiene ahora más de 4.500 millones de años y se encuentra en un ciclo que mantiene su renovación permanente. Con mi equipo acabamos de proponer una nueva teoría para explicar la llegada del agua a la Tierra.

Una pregunta de mil millones de años

Los astrofísicos llevan varias décadas intentando responder a la pregunta sobre la llegada de agua a nuestro joven planeta. Una de las primeras hipótesis consideraba que el agua terrestre era un subproducto directo de la formación de la Tierra, que podría liberarse vía magma durante las erupciones volcánicas donde la gran mayoría del gas producido es vapor de agua.

Sin embargo, al analizar la composición del agua terrestre, esta hipótesis evolucionó en la década de 1990 con el descubrimiento del papel potencial de los cometas helados, lo que sugiere una contribución de origen extraterrestre. Los cometas son bolas de hielo y roca que se forman bastante lejos en el sistema solar y, en ocasiones, son expulsadas hacia el Sol. Pueden llegar a ser espectaculares cuando, calentados por el Sol, forman una cola de polvo que se puede observar desde la Tierra. Los asteroides, que son objetos ubicados en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, también se discuten como posibles progenitores del agua en la Tierra.

El análisis de rocas cometarias y asteroides, a través de meteoritos (pequeños fragmentos de asteroides o cometas que cayeron sobre la Tierra), en particular midiendo su relación D/H (que es la cantidad de hidrógeno pesado, llamado deuterio, en comparación con el hidrógeno estándar). , permitió comprobar que el agua terrestre corresponde más a la de los asteroides llamados “carbonáceos” (aquellos que contienen rastros de la presencia de agua pasada), dirigiendo así la investigación hacia estos último.

Por ello, los últimos trabajos se han centrado en la búsqueda del mejor mecanismo celeste capaz de provocar que estos asteroides choquen contra nuestra joven y seca Tierra, al comienzo de su historia, para abastecerla de agua. Se han publicado numerosos escenarios para teorizar la “levantamiento” de los planetesimales, es decir, los grandes cuerpos helados presentes en los cinturones de asteroides (entre Marte y Júpiter) y de Kuiper (más allá de Neptuno) para poder ser desalojados. enviado a la Tierra. Pero esto subyace a un juego de billar gravitacional que no es trivial e impone la idea de una historia complicada del Sistema Solar. Está claro que debió haber trastornos e impactos para que se formaran los planetas. Sin embargo, puede ser que las cosas sucedieran de forma más pacífica y natural a la hora de traer agua a la Tierra.

Una hipótesis “más simple”

Partí del principio de que los asteroides están helados cuando emergen de su capullo de formación (también llamado “disco protoplanetario”). Este capullo es un enorme disco de gas, compuesto principalmente de hidrógeno y lleno de polvo, en el que inicialmente se forman planetas y cinturones. Por lo tanto, abarca todo el sistema planetario en formación. Una vez que desaparece el capullo protector inicial (después de unos pocos millones de años), los asteroides se calientan y el hielo se derrite, o más precisamente, se sublima. En otras palabras, su hielo se convierte en vapor de agua. En el espacio donde la presión es casi nula, el agua permanece en forma de vapor.

Luego se superpone un disco de vapor de agua al cinturón de asteroides que orbita alrededor del Sol. A medida que el hielo se sublima, el disco se llena de vapor de agua y se propaga naturalmente hacia el interior, es decir, hacia el Sol, como resultado de complejos procesos dinámicos. En el camino se encuentra con los planetas internos que se encuentran bañados por este disco de vapor de agua. En cierto modo, el disco de agua “riega” los planetas telúricos que son Marte, la Tierra, Venus y Mercurio. La mayor parte de la captura de agua por los planetas se produce entre 20 y 30 millones de años después de la formación del Sol, en una etapa en la que este último vio aumentar bruscamente su luminosidad en un corto período de tiempo, lo que aumentó la tasa de desgasificación de los asteroides.

Una vez que el agua es capturada por la atracción gravitacional de los planetas, pueden suceder muchas cosas. Sin embargo, en la Tierra existe un mecanismo de protección que explica por qué la masa total de agua no ha cambiado mucho desde el final de la captura hasta ahora. De hecho, si el agua sube demasiado en la atmósfera, se condensa y forma nubes, que se encuentran un poco más tarde en forma de lluvia en la superficie de la Tierra: este es el ciclo del agua.

Por tanto, las cantidades de agua pasada y presente en la Tierra son bien conocidas. Nuestro modelo, que partiendo del cinturón de asteroides original y procediendo a la desgasificación del hielo, consigue extraer la cantidad adecuada de agua, que luego se utiliza para formar océanos, ríos, lagos y explica el agua enterrada en las profundidades del manto terrestre. . Las mediciones precisas de la relación D/H del agua en los océanos también se pueden explicar utilizando nuestro modelo. Finalmente, la cantidad de agua presente en el pasado en otros planetas (e incluso en la Luna) también se explica bien con nuestra teoría.

Cabría preguntarse cómo se me ocurrió la idea de proponer esta nueva teoría. Esto no surge de la nada y se basa en observaciones recientes, en particular con ALMA, un radiotelescopio compuesto por más de 60 antenas desplegado en Chile, en una meseta a 5 km de altitud. De hecho, al observar sistemas extrasolares que tienen cinturones similares al de Kuiper, ahora descubrimos que los planetesimales en estos cinturones subliman monóxido de carbono (CO). En los cinturones más cercanos a su estrella, como el cinturón de asteroides, el CO es demasiado volátil para estar presente y es más bien agua la que debería desgasificarse.

Observaciones futuras para apoyar la hipótesis.

Por lo tanto, a partir de esta observación se formó la idea inicial. Además, gracias a los recientes resultados de las sondas Hayabusa 2 y OSIRIS-ReX que partieron a explorar in situ asteroides similares a los que podrían haber participado en la formación del disco inicial de vapor de agua, pudimos confirmar (porque también observamos durante (desde hace mucho tiempo con telescopios terrestres) la presencia de grandes cantidades de minerales hidratados en estos cuerpos, que sólo pueden formarse en contacto con el agua. El requisito previo para explicar estas observaciones es que estos asteroides eran inicialmente helados, aunque hoy ya no lo son (aparte de los más masivos como Ceres).

Las bases del modelo estaban sentadas y fue necesario construir una simulación digital que pudiera seguir esta desgasificación, la difusión del gas y luego su captura por los planetas. Al realizar estas simulaciones, me di cuenta inmediatamente de que esto podría explicar la cantidad de agua en la Tierra. Para los otros planetas, investigué un poco para encontrar las limitaciones en las cantidades de agua gastadas en Marte y los otros planetas terrestres. Eso también funcionó. ¡Todo lo que hacía falta era publicarlo todo!

Como investigador, uno no se limita a desarrollar un modelo que funcione y parezca explicarlo todo; debemos ir más allá y probar la teoría a gran escala. Si ya es demasiado tarde para detectar el disco inicial de vapor de agua (en el que se basa todo) que permitió “regar” los planetas telúricos, conviene mirar los sistemas extrasolares con cinturones jóvenes de exoasteroides para ver si realmente podemos distinguir estos discos de vapor de agua. Según nuestros cálculos, estos discos de agua, aunque no muy brillantes, podrían ser detectables con ALMA y nuestro equipo acaba de obtener tiempo en ALMA para probar todo esto en sistemas muy específicos.

Quizás estemos al comienzo de una nueva historia…