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En el eón arcaico temprano la Tierra estaba cubierta por un océano global. Dos estudios recientes analizan este fenómeno.

Se empieza a establecer la teoría de que la Tierra estaba cubierta por un vasto océano global sin un continente a la vista durante el eón arcaico temprano, hace entre 4 a 3,2 mil millones de años.

En este pasado mes de marzo se han publicado al menos dos artículos al respecto. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender mejor cómo y dónde surgieron por primera vez los organismos unicelulares en la Tierra. Al fin y al cabo, ese mundo, ese «waterworld», sería el hogar de algunas de las primeras formas de vida de nuestro planeta.

El primero de los estudios se aprovecha de una peculiaridad de la química hidrotermal para sugerir que la superficie de la Tierra probablemente estuvo cubierta por un océano global hace 3200 millones de años.

«La historia de la vida en la Tierra rastrea los nichos disponibles. Si tienes un mundo acuático, un mundo cubierto por el océano, entonces los nichos secos simplemente no estarán disponibles», dice Boswell Wing, (Universidad de Colorado en Boulder).

El estudio también enriquece el debate sobre cómo podría haber sido la Tierra antigua y si nuestro planeta era mucho más caliente de lo que es hoy en día.

«Aparentemente no había forma de avanzar en ese debate. Pensamos que probar algo diferente podría ser una buena idea», dice el autor principal, Benjamin Johnson.

Para él y Wing, ese algo diferente se centró en el estudio de un sitio geológico llamado distrito Panorama, que está ubicado en el interior del noroeste de Australia.

«Hoy en día, existen estas colinas onduladas que están cubiertas de maleza y que están atravesadas por lechos de ríos secos», dijo Johnson. También es el lugar en donde hay restos de un trozo de corteza oceánica de hace 3200 millones de años que, además, está ahora de lado.

En el lapso de un día se puede caminar por Panorama a través de lo que solía ser la capa exterior dura del planeta, desde la base de esa corteza hasta los lugares donde una vez el agua burbujeó, a través del lecho marino, mediante fuentes hidrotermales.

Los investigadores vieron esto como una oportunidad única para recolectar pistas sobre la química del agua del océano de hace miles de millones de años.

«No hay muestras de agua oceánica realmente antigua por ahí, pero sí tenemos rocas que interactuaron con esa agua de mar y esa interacción quedó registrada», dice Johnson.

El proceso es como analizar los posos de café para así recopilar información sobre el agua que lo empapó. Para hacer eso, los investigadores analizaron datos de más de 100 muestras de rocas a lo largo del terreno. Buscaban dos isótopos de oxígeno atrapado en la piedra: oxígeno-18 y oxígeno-16.

Estos investigadores descubrieron que la proporción de esos dos isótopos de oxígeno puede haber sido un poco diferente en el agua de mar hace 3200 millones de años, con solo una pizca más de átomos de oxígeno-18 de los que hay hoy en día.

Aunque estas diferencias de masa parecen pequeñas, el ratio entre ellas es muy sensibles a la presencia de continentes. Las masas terrestres de hoy están cubiertas por suelos ricos en arcilla que absorben de manera desproporcionada los isótopos de oxígeno más pesados de agua, es decir, más oxígeno-18.

El equipo de investigadores teorizó que la explicación más probable para ese exceso de oxígeno-18 en los océanos antiguos era que simplemente no había continentes ricos en suelo alrededor para absorber los isótopos. Sin embargo, eso no significa que no hubiera ningún lugar de tierra seca alrededor.

«No hay nada de lo que hemos hecho que diga que no puede haber pequeños microcontinentes que sobresalgan de los océanos. Simplemente no creemos que haya una formación de suelos continentales a escala global como la que tenemos hoy», dice Wing.

Lo que deja una gran pregunta: ¿cuándo empujó la tectónica de placas hacia arriba los trozos de roca que finalmente se convertirían en los continentes que conocemos?

Wing y Johnson no están seguros. Pero planean rastrear otras formaciones rocosas más jóvenes en sitios como Arizona o Sudáfrica para ver si pueden detectar cuándo las masas de tierra aparecieron por primera vez en la escena.

«Tratar de llenar ese vacío es realmente importante», dijo Johnson.

Otro grupo de investigación conecta este océano global con la idea de un manto terrestre que sería más caliente que el actual.

El hallazgo desafía suposiciones anteriores de que el tamaño del océano global de la Tierra se ha mantenido constante a lo largo del tiempo y ofrecen pistas sobre cómo su tamaño puede haber cambiado a lo largo del tiempo geológico, según los autores del estudio.

La mayor parte del agua superficial de la Tierra está en los océanos. Pero hay un segundo depósito de agua en las profundidades del interior de la Tierra: en forma de hidrógeno y oxígeno adheridos a los minerales del manto.

Un nuevo estudio estima cuánta agua podría contener potencialmente el manto hoy y cuánta agua podría haber almacenado en el pasado.

Los hallazgos sugieren que, dado que la Tierra primitiva sería más caliente de lo que es hoy, su manto podría haber contenido menos agua porque los minerales del manto retienen menos agua a temperaturas más altas.

Suponiendo que el manto tiene actualmente más de 0,3-0,8 veces la masa del océano, podría haber existido un océano de superficie más grande durante el Arcaico temprano. En ese momento, el manto tenía aproximadamente 1900-3000 grados Kelvin, en comparación con los 1600-2600 grados Kelvin de la actualidad.

Si la Tierra primitiva tuviera un océano más grande que el actual, eso podría haber alterado la composición de la atmósfera primitiva y reducido la cantidad de luz solar reflejada de regreso al espacio, según los autores. Estos factores habrían afectado el clima y las condiciones que sustentaba las primeras formas de vida en la Tierra.

«A veces es fácil olvidar que el interior profundo de un planeta es realmente importante para lo que sucede con la superficie. Si el manto sólo puede contener tanta agua, tiene que ir a otro lugar, por lo que lo que sucede a miles de kilómetros por debajo de la superficie puede tener implicaciones bastante grandes», dice Rebecca Fischer (Universidad de Harvard).

El nivel del mar de la Tierra se ha mantenido bastante constante durante los últimos 541 millones de años. Sin embargo, los niveles del mar de tiempos anteriores son más difíciles de estimar porque han sobrevivido pocas pruebas o indicios del eón Arcaico.

A lo largo del tiempo geológico, el agua puede moverse desde la superficie del océano hacia el interior a través de la tectónica de placas, pero no se comprende bien el tamaño de ese flujo de agua. Debido a esta falta de información, los científicos habían asumido que el tamaño del océano global permanecía constante a lo largo del tiempo geológico.

En este estudio, el coautor Junjie Dong (Universidad de Harvard) desarrolló un modelo para estimar la cantidad total de agua que el manto de la Tierra podría almacenar potencialmente en función de su temperatura. Incorporó datos existentes sobre cuánta agua pueden almacenar los diferentes minerales del manto y consideró cuál de estos 23 minerales se habría producido a diferentes profundidades y momentos en el pasado de la Tierra. Luego, él y sus colaboradores relacionaron esas estimaciones de almacenamiento con el volumen de la superficie del océano a medida que la Tierra se enfriaba.

Jun Korenaga, un geofísico de la Universidad de Yale que no participó en la investigación, dijo que esta es la primera vez que los científicos relacionan los datos de la física mineral sobre el almacenamiento de agua en el manto con el tamaño del océano. «Esta conexión nunca se ha planteado en el pasado», dice.

Dong y Fischer señalan que sus estimaciones de la capacidad de almacenamiento de agua del manto conllevan mucha incertidumbre. Por ejemplo, los científicos no comprenden completamente cuánta agua se puede almacenar en la bridgmanita, el principal mineral del manto.

Los nuevos hallazgos arrojan luz sobre cómo el océano global puede haber cambiado con el tiempo y pueden ayudar a los científicos a comprender mejor los ciclos del agua en la Tierra y otros planetas, lo que podría ser valioso para comprender dónde puede evolucionar la vida.

Suzan van der Lee, sismóloga de la Universidad Northwestern que no participó en el estudio, dice que,,definitivamente, es útil saber algo cuantitativo sobre la evolución del agua desde un punto de vista global. Cree que esto es importante para los sismólogos meticulosos como ella que toman imágenes de la estructura actual del manto y estiman su contenido de agua, pero que también es importante para las personas que buscan exoplanetas con agua y se preguntan sobre el origen del agua en la Tierra.

Dong y Fischer están ahora usando el mismo enfoque para calcular cuánta agua se puede retener dentro de Marte.

«Hoy, Marte está muy frío y seco. Pero una gran cantidad de pruebas geoquímicas y geomorfológicas sugiere que el primer Marte podría haber contenido algo de agua en la superficie, e incluso un pequeño océano, por lo que hay mucho interés en comprender el ciclo del agua en Marte», dice Dong.

Un asunto que no parecen mencionar en ambos artículos es que este tipo de estudios pueden servir para caracterizar exoplanetas, sobre algunos de los cuales se sospecha que son planetas cubiertos enteramente por agua.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Fotos: Benjamin Johnson.
Ilustración de la Tierra arcaica: Alec Brenner, Harvard University.