Crédito de imagen: Stanford
Si una máquina del tiempo pudiera llevarnos de regreso a los 4.600 millones de años al nacimiento de la Tierra, veríamos nuestro sol brillar entre un 20 y un 25 por ciento menos brillante que hoy. Sin un invernadero terrenal para atrapar la energía del sol y calentar la atmósfera, nuestro mundo sería una bola de hielo que gira. Es posible que la vida nunca haya evolucionado.
Pero la vida evolucionó, por lo que los gases de efecto invernadero deben haber existido para calentar la Tierra. La evidencia del registro geológico indica una abundancia de dióxido de carbono de gases de efecto invernadero. Probablemente el metano también estuvo presente, pero ese gas de efecto invernadero no deja suficiente huella geológica para detectarlo con certeza. El oxígeno molecular no estaba alrededor, indica rocas de la época, que contienen carbonato de hierro en lugar de óxido de hierro. Las huellas dactilares de piedra de corrientes que fluyen, océanos líquidos y minerales formados a partir de la evaporación confirman que hace 3.000 millones de años, la Tierra era lo suficientemente cálida para agua líquida.
Ahora, el registro geológico revelado en algunas de las rocas más antiguas de la Tierra cuenta una sorprendente historia de colapso de ese invernadero y su posterior regeneración. Pero aún más sorprendente, dicen los científicos de Stanford que informan estos hallazgos en la edición del 25 de mayo de la revista Geology, es el papel crítico que desempeñaron las rocas en la evolución de la atmósfera temprana.
"Esta es realmente la primera vez que tratamos de armar una imagen de cómo la atmósfera temprana, el clima temprano y la evolución continental temprana iban de la mano", dijo Donald R. Lowe, profesor de ciencias geológicas y ambientales que escribió el papel con Michael M. Tice, un estudiante graduado que investiga la vida temprana. El Programa de Exobiología de la NASA financió su trabajo. "En el pasado geológico, el clima y la atmósfera estaban realmente profundamente influenciados por el desarrollo de los continentes".
El registro en las rocas
Para juntar pistas geológicas sobre cómo era la atmósfera temprana y cómo evolucionó, Lowe, un geólogo de campo, ha pasado prácticamente todos los veranos desde 1977 en Sudáfrica o Australia Occidental recolectando rocas que, literalmente, son más antiguas que las colinas. Algunas de las rocas más antiguas de la Tierra tienen entre 3.2 y 3.500 millones de años.
"Cuanto más retrocedas, en general, más difícil es encontrar un registro fiel, rocas que no hayan sido retorcidas, exprimidas, metamorfoseadas y alteradas", dice Lowe. "Estamos mirando hacia atrás en lo que respecta al registro sedimentario".
Después de medir y mapear rocas, Lowe trae muestras de regreso a Stanford para cortar en secciones tan delgadas que sus características pueden revelarse bajo un microscopio. Los colaboradores participan en análisis geoquímicos e isotópicos y modelos informáticos que revelan aún más las historias de las rocas.
El registro geológico cuenta una historia en la que los continentes eliminaron el dióxido de carbono del gas de efecto invernadero de una atmósfera temprana que pudo haber sido tan caliente como 70 grados Celsius (158 F). En este momento, la Tierra era principalmente océano. Hacía demasiado calor para tener capas de hielo polar. Lowe plantea la hipótesis de que la lluvia se combinó con dióxido de carbono atmosférico para formar ácido carbónico, que resistió a las montañas sobresalientes de la corteza continental recién formada. El ácido carbónico se disocia para formar iones de hidrógeno, que se abren paso en las estructuras de los minerales meteorizados, y el bicarbonato, que se transporta río abajo y arroyos para depositarse como piedra caliza y otros minerales en los sedimentos oceánicos.
Con el tiempo, grandes losas de corteza oceánica fueron derribadas, o subducidas, al manto de la Tierra. El carbono que estaba encerrado en esta corteza se perdió esencialmente, atado durante los 60 millones de años aproximadamente, de modo que los minerales se reciclaron a la superficie o se desgasificaron a través de los volcanes.
El ambiente cálido temprano probablemente también contenía metano, dice Lowe. Como los niveles de dióxido de carbono cayeron debido a la intemperie, en algún momento, los niveles de dióxido de carbono y metano se volvieron casi iguales, conjetura. Esto hizo que el metano se pulverizara en partículas finas, creando una neblina similar a la que hoy está presente en la atmósfera de la luna Titán de Saturno. Este "Efecto Titán" ocurrió en la Tierra hace 2.7 a 2.8 mil millones de años.
El efecto Titán eliminó el metano de la atmósfera y la neblina filtró la luz; ambos causaron un enfriamiento adicional, tal vez una caída de temperatura de 40 a 50 grados centígrados. Finalmente, hace unos 3 mil millones de años, el invernadero se derrumbó, Lowe y Tice teorizan, y la primera glaciación de la Tierra pudo haber ocurrido hace 2,9 mil millones de años.
El ascenso después de la caída.
Aquí las rocas revelan un giro extraño en la historia: la eventual regeneración del invernadero. Recordemos que hace 3 mil millones de años, la Tierra era esencialmente Waterworld. No había plantas ni animales que afectaran la atmósfera. Incluso las algas aún no habían evolucionado. Microbios fotosintéticos primitivos existían y pueden haber jugado un papel en la generación de metano y el menor uso de dióxido de carbono.
Mientras continuó la rápida meteorización continental, el carbonato se depositó en la corteza oceánica y se sometió a lo que Lowe llama "una gran instalación de almacenamiento ... que mantuvo la mayor parte del dióxido de carbono fuera de la atmósfera".
Pero a medida que el dióxido de carbono se eliminaba de la atmósfera y se incorporaba a la roca, la meteorización disminuía: había menos ácido carbónico para erosionar las montañas y las montañas se volvían más bajas. Pero los volcanes todavía arrojaban a la atmósfera grandes cantidades de carbono de la corteza oceánica reciclada.
"Entonces, finalmente, el nivel de dióxido de carbono vuelve a subir", dice Lowe. "Puede que nunca vuelva a su glorioso nivel de 70 grados centígrados, pero probablemente subió para hacer que la Tierra se caliente nuevamente".
Este verano, Lowe y Tice recolectarán muestras que les permitirán determinar la temperatura de este intervalo de tiempo, hace unos 2.600 a 2.700 millones de años, para tener una mejor idea del calor de la Tierra.
Nuevos continentes se formaron y resistieron, nuevamente sacando dióxido de carbono de la atmósfera. Hace unos 3 mil millones de años, tal vez se había formado el 10 o 15 por ciento del área actual de la Tierra en la corteza continental. Hace 2.500 millones de años, se había formado una enorme cantidad de corteza continental nueva: alrededor del 50 al 60 por ciento de la superficie actual de la corteza continental. Durante este segundo ciclo, la erosión de la mayor cantidad de roca causó un enfriamiento atmosférico aún mayor, lo que provocó una glaciación profunda hace aproximadamente 2.3 a 2.4 mil millones de años.
En los últimos millones de años, hemos estado oscilando entre las épocas glaciales e interglaciales, dice Lowe. Estamos en un período interglacial en este momento. Es una transición, y los científicos todavía están tratando de comprender la magnitud del cambio climático global causado por los humanos en la historia reciente en comparación con el causado por los procesos naturales a lo largo de los siglos.
"Estamos perturbando el sistema a tasas que exceden en gran medida las que han caracterizado los cambios climáticos en el pasado", dijo Lowe. "Sin embargo, prácticamente todos los experimentos, prácticamente todas las variaciones y todos los cambios climáticos que estamos tratando de entender hoy han sucedido antes. La naturaleza ya ha realizado la mayoría de estos experimentos. Si podemos analizar climas antiguos, composiciones atmosféricas y la interacción entre la corteza, la atmósfera, la vida y el clima en el pasado geológico, podemos dar algunos primeros pasos para comprender lo que está sucediendo hoy y lo que probablemente sucederá mañana ".
Fuente original: Comunicado de prensa de Stanford
