NeoFronteras

La presión atmosférica de hace 2700 millones de años era similar a la actual y, por tanto, una alta presión no es una buena explicación a la paradoja del Sol joven.

Hay cosas que nunca sabremos. No sabremos el color de todos los dinosaurios, a que sabía la carne de gorgonópsido, cómo sonaba un bosque del Carbonífero, a qué olía una pradera del Silúrico una tarde de primavera o cómo era la lluvia en el Arcaico hace 2700 millones de años… Bueno, eso último sí lo sabemos ya.
A primera vista parece que la lluvia de ahora y de la de hace 2700 millones de años deberían de ser muy parecidas, pero no es así. Dejando de lado la composición del aire, la densidad atmosférica afecta a la lluvia, pues cuanto más densa es la atmósfera más resistencia sienten las gotas de lluvia en su caída.
De entrada hay que quitarse de la cabeza esa idea de que las gotas de lluvia tienen forma de gota. Las cámaras de alta velocidad revelaron hace ya tiempo que las gotas de lluvia son más bien planas por culpa de la fricción contra el aire y que sufren todo tipo de fragmentaciones en su caída hacia el suelo. El caso es que al final llegan a la superficie terrestre con una determinada velocidad que es el resultado de los procesos por los que ha pasado a través de la atmósfera. Para un tamaño dado la velocidad terminal con la que impacta una gota depende de la gravedad y de la presión atmosférica. Esto se aplica a cualquier objeto en caída libre, que finalmente alcanza una velocidad terminal constante que depende de la gravedad, su forma y su masa (el supuesto experimento de Galileo en la torre de Pisa sólo hubiese funcionado en el vacío). En el contexto de la lluvia la velocidad terminal de una gota varía con la inversa de la raíz cuadrada de la densidad del aire.
Podríamos decir que esta historia comienza en 1851, cuando el geólogo británico Charles Lyell propuso que la presión atmosférica del pasado se podría determinar analizando las marcas que dejaron las gotas de lluvia al impactar sobre un lecho de ceniza volcánica. Este investigador sugirió que esas marcas podrían revelar la velocidad de las gotas al llegar al suelo y, por tanto, la presión atmosférica del momento. Pero hasta ahora nadie había estudiado este asunto, principalmente porque las marcas fósiles de lluvia son muy escasas y que nadie ha sabido o querido estudiar el asunto. Ha habido que esperar 160 años.
El caso es que hace 2700 millones de años un volcán entró en erupción en lo que hoy es Sudáfrica y depositó sobre el suelo una capa de cenizas volcánicas. Luego llovió sobre esas cenizas y las gotas de agua dejaron unas impresiones que más tarde fosilizaron, conservándose así en el tiempo. Esa frágil ceniza se transformó en piedra, pero aún conserva las marcas de la lluvia de un tiempo en el que no había ningún tipo de animal sobre la faz de la Tierra, y sólo los microorganismos procariotas reinaban en este planeta.

Sanjoy Som (Universidad de Washington) y sus colaboradores tomaron moldes en látex de esas marcas y las compararon con las marcas dejadas en 2010 por gotas agua sobre las cenizas del volcán islandes Eyjafjallajökull, marcas que habían conseguido crear con una escalera, paciencia y una pipeta, y conseguido fijar gracias a un spray de laca para el pelo.
Analizaron el tamaño de las impresiones y calcularon la presión atmosférica de aquel entonces usando un modelo matemático. La densidad del aire resulto que debía estar por debajo de 1,3 kilogramos por metro cúbico frente a los 1,2 actuales. Es decir, que la presión atmosférica de aquel entonces era poco más o menos que la actual y no habría cambiado en 2700 millones de años.
¿Y para que sirve este dato? Pues es un resultado sorprendente e inesperado que permite refutar una teoría que trataba de explicar por qué la Tierra no estaba congelada en aquel momento.
En ese tiempo el Sol era un 20% menos luminoso que en la actualidad debido a que se producían menos reacciones de fusión de hidrógeno que ahora. La Tierra, por tanto, recibía menos radiación y tendría que ser más fría. Sin embargo, se sabe que en aquel entonces había agua líquida y vida en nuestro planeta. Para resolver esta paradoja se propuso que la presión atmosférica era mayor, de este modo los gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono, compensarían la menor irradiación al impedir la pérdida de calor en exceso.
Si la presión atmosférica alta ya no sirve para explicar la paradoja del Sol joven, entonces habrá que buscar otra explicación. Una posibilidad es que la cantidad de metano, que es un potente gas de efecto invernadero a cualquier presión, fuera lo suficientemente alta como para producir el calentamiento necesario. Quizás en el futuro podamos encontrar exoplanetas de tipo rocoso que tengan este gas en abundancia en sus atmósferas y apoyar así esta nueva explicación.
De momento esta nueva técnica puede permitir crear un registro de presión atmosférica a través del tiempo geológico y ver si hay tendencias, alteraciones o pautas. Se ha propuesto, por ejemplo, que la presión atmosférica en el Carbonífero era mayor que ahora debido que había un 35% de oxígeno atmosférico, en lugar del 20% actual. Hay pruebas que así lo indican y este otro tipo de prueba de “lluvia fósil” apoyaría aún más esta teoría.
Ya sólo hace falta que otros investigadores se animen a averiguar cómo era la lluvia en el pasado y calculen el aire que atravesaban sus gotas.
A veces parece que todo está poéticamente relacionado. Como en este caso, en el que danzan un frío Sol primitivo, las bacterias arcaicas, gases de efecto invernadero, reacciones termonucleares, exoplanetas lejanos y unas gotas de lluvia que dejaron unas marcas sobre las que ahora se yergue un inconsciente suricato africano.

“…nadie, ni siquiera la lluvia, tiene manos tan pequeñas” (E. E. Cummings)

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Fuentes y referencias:
Noticia en Physics World.
Artículo original.
Fotos: Nature, Wlady Altermann/University of Pretoria.