Gestación de la Tierra

Gestación de la Tierra Imagen superior: la Tierra (NASA/ GSFC/Reto Stöckli, Nazmi El Saleous, and Marit Jentoft Nilsen)

Como si de un embarazo se tratara, el geólogo José López-Ruiz nos cuenta las fases por las que atravesó el Sistema Solar que desembocaron en el nacimiento de ocho planetas entre los que se encuentra la Tierra. Os presentamos una breve historia de cómo se gestó este minúsculo punto del universo que es además el barco en el que viajamos todos.

Como no existe registro de las primeras etapas de formación del Sistema Solar, para establecer el proceso de formación de los planetas es preciso recurrir a otras fuentes de información. Las dos fuentes más importantes proceden de las observaciones astronómicas y de los meteoritos. La observación de estrellas semejantes al Sol muestra que muchas de ellas están rodeadas de un disco de gas que contiene pequeñas partículas de polvo cósmico.

Estos discos tienen un radio similar al del sistema planetario del Sol y contienen al menos su misma masa. Los meteoritos están constituidos, como la Tierra, por silicatos y metales, pero como proceden de cuerpos mucho más pequeños que nuestro planeta, han sido poco activos desde el punto de vista geológico y en consecuencia proporcionan información sobre los procesos preplanetarios, así como de las etapas iniciales de los procesos planetarios. Dicho de otra forma, los meteoritos representan una especie de yacimiento arqueológico, en el que se han preservado los detritus que se formaron en los primeros pocos millones de años del Sistema Solar.

gestacion2

Imagen superior: la nebulosa de Helix que está situada en la constelación de Acuario / NASA, ESA, y C.R. O'Dell (Vanderbilt University).

A partir de la información que suministran las dos fuentes citadas, más la que procede de la composición química e isotópica de los planetas terrestres, se han podido realizar, con la ayuda de potentes sistemas informáticos, complejas simulaciones del proceso de formación de los planetas y por ende de la Tierra.

Aunque determinados aspectos del proceso son todavía mal comprendidos, existe un amplio consenso en aceptar que el Sol y los planetas se han formado a partir de una nube interestelar madura, que contenía, además de hidrógeno y helio, moléculas orgánicas, partículas sólidas de hielo, óxidos de metales e incluso elementos de elevada masa atómica.

Esta nube, a la que se le denomina nube molecular o nebulosa solar, se individualizó de la que se extiende por todo el Universo y se contrajo debido al colapso gravitacional de una porción de la misma inusualmente densa o provocado por la explosión de una supernova. Recientemente se ha sugerido que la individualización de la nube molecular del medio interestelar tuvo lugar unos 30 millones de años (Ma) antes del nacimiento del Sistema Solar. Como veremos más adelante, este periodo (al que podríamos denominar por analogía con la gestación de la vida humana estadio embrionario y fetal del Sistema Solar) es sorprendentemente largo, ya que el de la acreción y diferenciación de la Tierra requirió aproximadamente 100 Ma.

Por otra parte, este prolongado tiempo de incubación puede indicar que el Sol nació en una nube molecular gigante, ya que las relativamente reducidas nubes que se generan en las inmediaciones del Sol se forman, producen sus estrellas y se dispersan en unos pocos millones de años. Cualquiera que fuera la causa del colapso o contracción de la nebulosa, el discreto momento angular de la esfera gaseosa que se formó provocó el que la mayor parte de su masa se concentrara en el centro, formando el protosol.

El resto de la masa de gas y polvo cósmico que no se concentró en el protosol formó un disco alrededor de este, a partir del que posteriormente se formarán los planetas.

El modelo de formación de los planetas establece que el proceso tuvo lugar en tres estadios. En el primer estadio las partículas de polvo de tamaño micrométrico tienden a sedimentarse hacia el plano central del disco y a acrecer por inestabilidad gravitatoria o por colisión, formando sólidos denominados planetésimos. La masa inicial de estos cuerpos es de 1018-21 gramos y sus dimensiones están comprendidas entre 10100 km. En el segundo estadio las colisiones entre planetésimos lleva al crecimiento de embriones planetarios (esto es, de cuerpos de tamaño comprendido entre la Luna y Marte).Al final de este estadio el sistema está constituido por unas pocas docenas de embriones de tamaño comparable, inmersos en un enjambre de planetésimos, cuya masa total es aproximadamente comparable a la masa total de los embriones.

gestacion3

Imagen superior: protosol rodeado de un disco de gas y polvo, a partir del que se originó la Tierra y los demás planetas / NASA, JPL-Caltech.

Las simulaciones realizadas sugieren que los embriones se forman en <1 Ma a 1 UA. En el estadio final de la acreción el efecto gravitatorio de los planetésimos comienza a desvanecerse, puesto que su número decrece considerablemente y los embriones planetarios comienzan a perturbarse cuando coinciden sus órbitas.

En este escenario el crecimiento de los planetas se produce por colisión entre embriones y en menor medida por acreción de los planetésimos residuales.

Este último estadio tiene lugar en ~ 100 Ma. A diferencia de los dos primeros estadios, en los que la acreción estuvo dominada por pequeños cuerpos, el último estadio se caracterizó por grandes y violentas colisiones entre embriones, algunas de las cuales pudieron dar lugar a intensos procesos de vaporización y de fusión. Cuando se alcanzan temperaturas lo suficientemente altas para fundir no solo los metales sino también los silicatos, se forman océanos de magma, en los que por diferencia de densidad se separan la fase silicatada y la fase metálica.

Esta importante diferenciación, que han experimentado todos los planetas terrestres, dio lugar a la formación en el protoplaneta de un manto silicatado por una parte y de un núcleo metálico por otra.

En la Tierra, dadas sus dimensiones, la formación del núcleo implicó el transporte de la fase metálica a través de la fase silicatada casi 3000 km. La elevada velocidad de las colisiones del último estadio produjo también la erosión y fragmentación de los embriones y la expulsión al exterior de una importante cantidad de materia. Esto generó la reducción del tamaño de los planetas más interiores como por ejemplo Mercurio, ya que las colisiones violentas fueron más frecuentes cerca del Sol, y la formación de nuevos cuerpos, como por ejemplo la Luna, por la re-acreción de una parte de la materia arrojada.

gestacion4

Imagen superior: en los dos primeros estadios, el proceso de acreción estuvo dominado por pequeños cuerpos, mientras que el último estadio se caracterizó por grandes y violentas colisiones entre embriones planetarios. En Brandon 2011

Como la temperatura del disco protoplanetario cerca del protosol era mucho más elevada que en su parte más exterior, en las zonas más interiores condensaron las fases de más alta temperatura, como los silicatos y los óxidos de metales, mientras que en las zonas más alejadas lo hicieron las fases más volátiles.

Esto explica la existencia de planetas terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte), constituidos esencialmente por silicatos y metales, en la parte interior del Sistema Solar, y la de planetas gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), constituidos fundamentalmente por hielo y gases y núcleos rocosos, en las zonas más exteriores del Sistema, así como la sistemática disminución de la densidad de los planetas al aumentar su distancia al Sol.

gestacion5

Imagen superior: impacto de dos protoplanetas / NASA

En resumen, el proceso de gestación de la Tierra comenzó con la formación de los planetésimos, que se generaron por agregación de las partículas de polvo que se fueron sedimentando en el plano central del disco protoplanetario que se formó alrededor del protosol. Continuó con la colisión de estos planetésimos para dar lugar a la formación de embriones del tamaño de la Luna – Mercurio y finalizó, después de una larga etapa de varias decenas de millones de años, en la que se produjeron violentas colisiones entre embriones, con la formación de un núcleo metálico por una parte y la generación de la Luna por otra.

En cuanto a la edad de este evento, la datación de las inclusiones ricas en Ca y Al (denominadas CAIs), presentes en algunos meteoritos primitivos, proporciona una edad absoluta de 4567 Ma.

Como la composición de estas inclusiones es similar a la que se supone que tendría el primer condensado de la nebulosa solar y su edad es la más antigua conocida entre los materiales que se formaron en el Sistema Solar, se acepta esta edad para definir la del origen del Sistema Solar y para marcar el “tiempo cero” de todos los sucesos que han tenido lugar en la evolución de los diferentes cuerpos que integran el Sistema Solar. Se asume que las CAIs se formaron en regiones de la nebulosa muy cercanas al protosol, en las que la temperatura ambiente era superior a los 1350 K. Subsecuentemente fueron dispersadas hacia regiones más exteriores del disco protoplanetario e incorporadas a los cuerpos de los que derivaron los meteoritos condríticos.

Más información en la Misión Génesis de la NASA.

Copyright del artículo © José López-Ruiz. Publicado originalmente en NaturalMente, revista del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC). Se publica en The Cult con licencia CC, no comercial, por cortesía del MNCN.

José López-Ruiz

Departamento de Geología, Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC). Los artículos de José López-Ruiz se publican en The Cult con licencia CC, no comercial, por cortesía del MNCN.

Sitio Web: www.mncn.csic.es
  • Preguntas frecuentes sobre The Cult (Thesauro Cultural) ¿Qué significa el título de nuestra revista? The Cult es la sigla de Thesauro Cultural. La palabra thēsaurós, en griego, alude a una colección. El latín se apropió del vocablo con el significado…
  • Los filoetimólogos
    Escrito por
    Los filoetimólogos Con la expresión filoetimólogos me refiero a los filósofos que piensan que las cosas se pueden explicar conociendo el origen de la palabra que designa esa cosa. Aunque es cierto que en muchas ocasiones el…
  • Los censores de Goethe
    Escrito por
    Los censores de Goethe En 1771, el joven Goethe había terminado Götz van Berlinchingen, el de la mano de hierro. No halló editor para esta temprana novela dramática, que se publicó en 1773 sin nombre de autor ni pie de…
  • ¡Ahí vienen los cyborgs!
    ¡Ahí vienen los cyborgs! Cuando yo era niño, la sensación en televisión era El hombre nuclear (The Six Million Dollar Man, 1974-1978), un programa sobre el Coronel Steve Austin, quien luego de un terrible accidente había sido dotado con…

logonegrociencia

Maneed, CC

  • Acupuntura y ciencia
    Acupuntura y ciencia Imagen superior: sala de acupuntura en Taipei (Autor: Tomás Fano, CC) Los charlatanes que ofrecen curas “místicas” merecen la consideración de estafadores, sobre todo en el caso de fraudes burdos, que inducen a los clientes…
  • Una mujer escribe
    Escrito por
    Una mujer escribe Si pudiera, te escribiría una carta. Sería una larga misiva, con puntos suspensivos, cursivas, negritas, las tildes en su sitio, comillas y una plaga de interrogaciones y admiraciones. Una carta compuesta de palabras y de…
  • The Cult (Thesauro Cultural): el desafío de la tercera cultura El arte y la ciencia en conversación. Esa es la premisa de la que parten los más de 25.000 artículos de The Cult (Thesauro Cultural), la plataforma divulgativa de conCiencia Cultural. Se trata de crear un…

Cartelera

Cine clásico

  • Vida y milagros de Quentin Tarantino
    Escrito por
    Vida y milagros de Quentin Tarantino Para hablar de los 90 es obligatorio citar ejemplos como La Macarena, Sharon Stone, las televisiones privadas, Monica Lewinski, Ray Loriga, el grunge o el bakalao. Simplezas como éstas son las obligadas referencias culturales de…

logonegrofuturo2

Josh Eiten, CC

  • Por bueno que sea, todo mejora con tentáculos
    Escrito por
    Por bueno que sea, todo mejora con tentáculos Los tentáculos nos siguen fascinando. ¿Por qué? Depende la persona a la que se pregunte, eso es parte de su encanto. Para algunos, simplemente son cosas repulsivas, para otros un manjar delicioso. Enigmáticos, feos, bonitos,…

logonegrolibros

Colgreyis, CC

logonegromusica

Namlai000, CC

  • "VerSons" (2013), de Abe Rábade
    Escrito por
    "VerSons" (2013), de Abe Rábade Comenzamos la escucha de VerSons (Nuba + Karonte Records, 2013), el noveno trabajo de Abe Rábade, con una sorprendente versión de "Solar", el tema que Miles Davis inmortalizó en su álbum Walkin' (1954). Desde…
  • Las sonatas de Feinberg
    Escrito por
    Las sonatas de Feinberg Samuil Feinberg (1890-1962) es más conocido como pianista y maestro de pianistas que como compositor. Estas recuperaciones en CD que motivan estas líneas sirvieron para completar el tablero histórico de la música rusa durante el…

logonegroecologia

Somadjinn, CC

  • El pez mulier
    Escrito por
    El pez mulier “El pez mulier tenía la figura de una mujer de medio cuerpo arriba; y de pescado común, de medio cuerpo abajo”.[1] Estas palabras, atribuidas por el jesuita Miguel del Barco en su Historia natural y…

bannernewsletter1