El agua de nuestro planeta podría haberse originado a partir de las interacciones entre las atmósferas ricas en hidrógeno y los océanos de magma de los embriones planetarios que comprendieron los años de formación de la Tierra, según un nuevo trabajo de Anat Shahar, de Carnegie Science, y Edward Young y Hilke Schlichting, de UCLA. Sus hallazgos, que podrían explicar el origen de los rasgos característicos de la Tierra, se publican en Nature.

Durante décadas, lo que los investigadores sabían sobre la formación de los planetas se basaba principalmente en nuestro propio Sistema Solar. Aunque hay algunos debates activos sobre la formación de gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, existe un amplio consenso en que la Tierra y los demás planetas rocosos se acrecionaron a partir del disco de polvo y gas que rodeaba a nuestro Sol en su juventud.

Al chocar entre sí objetos cada vez más grandes, los planetesimales bebé que acabaron formando la Tierra crecieron y se calentaron, fundiéndose en un vasto océano de magma debido al calor de las colisiones y a los elementos radiactivos. Con el tiempo, al enfriarse el planeta, el material más denso se hundió hacia el interior, separando la Tierra en tres capas distintas: el núcleo metálico, el manto rocoso de silicatos y la corteza.

Sin embargo, la explosión de la investigación de exoplanetas en la última década ha dado lugar a un nuevo enfoque para modelizar el estado embrionario de la Tierra.

Los descubrimientos de exoplanetas nos han permitido apreciar mucho mejor lo común que es que los planetas recién formados estén rodeados de atmósferas ricas en hidrógeno molecular, H2, durante sus primeros millones de años de crecimiento, explica Shahar. Con el tiempo, estas envolturas de hidrógeno se disipan, pero dejan sus huellas en la composición del joven planeta.

Ilustración que muestra cómo algunos rasgos característicos de la Tierra, como su abundancia de agua y su estado general de oxidación, podrían atribuirse a las interacciones entre las atmósferas de hidrógeno molecular y los océanos de magma en los embriones planetarios que comprendieron los años de formación de la Tierra | foto Edward Young/UCLA y Katherine Cain/Carnegie Institution for Science

A partir de esta información, los investigadores desarrollaron nuevos modelos de la formación y evolución de la Tierra para ver si podían reproducirse los rasgos químicos distintivos de nuestro planeta natal.

Gracias a un nuevo modelo, los investigadores de Carnegie y de UCLA pudieron demostrar que, en los inicios de la existencia de la Tierra, las interacciones entre el océano de magma y una protoatmósfera de hidrógeno molecular podrían haber dado lugar a algunos de los rasgos característicos de la Tierra, como su abundancia de agua y su estado general de oxidación.

Los investigadores utilizaron modelos matemáticos para explorar el intercambio de materiales entre las atmósferas de hidrógeno molecular y los océanos de magma estudiando 25 compuestos y 18 tipos de reacciones diferentes, lo suficientemente complejas como para arrojar datos valiosos sobre la posible historia formativa de la Tierra, pero lo bastante sencillas como para interpretarlas en su totalidad.

Las interacciones entre el océano de magma y la atmósfera en su Tierra bebé simulada dieron lugar al movimiento de grandes masas de hidrógeno hacia el núcleo metálico, la oxidación del manto y la producción de grandes cantidades de agua.

Incluso si todo el material rocoso que chocó para formar el planeta en crecimiento estuviera completamente seco, estas interacciones entre la atmósfera molecular de hidrógeno y el océano de magma generarían copiosas cantidades de agua, revelaron los investigadores. Otras fuentes de agua son posibles, dicen, pero no necesarias para explicar el estado actual de la Tierra.

Ésta es sólo una posible explicación de la evolución de nuestro planeta, pero una que establecería un importante vínculo entre la historia de la formación de la Tierra y los exoplanetas más comunes que se han descubierto orbitando estrellas lejanas, que se denominan Super-Tierras y sub-Neptunos, concluyó Shahar.

Este proyecto forma parte del proyecto interdisciplinar y multiinstitucional AEThER, iniciado y dirigido por Shahar, cuyo objetivo es desvelar la composición química de los planetas más comunes de la Vía Láctea -Super-Tierras y sub-Neptunos- y desarrollar un marco para detectar indicios de vida en mundos lejanos. Este proyecto, financiado por la Fundación Alfred P. Sloan, tiene por objeto comprender cómo la formación y la evolución de estos planetas determinan sus atmósferas. Esto permitiría a los científicos diferenciar las verdaderas bioseñales, que sólo podrían producirse por la presencia de vida, de las moléculas atmosféricas de origen no biológico.

Los telescopios, cada vez más potentes, permiten a los astrónomos comprender la composición de las atmósferas de los exoplanetas con un nivel de detalle nunca visto, afirma Shahar. El trabajo de AEThER informará sus observaciones con datos experimentales y de modelización que, esperamos, conduzcan a un método infalible para detectar señales de vida en otros mundos.

Fuentes

Carnegie Institution for Science | Young, E.D., Shahar, A. & Schlichting, H.E. Earth shaped by primordial H2 atmospheres. Nature 616, 306–311 (2023). doi.org/10.1038/s41586-023-05823-0

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