Hace unas semanas escribí una entrada sobre el origen de los lagos y ríos de hidrocarburos que cubren Titán, la luna de Saturno, pero creo está feo haber colgado ese artículo sin haber mencionado antes de dónde salió todo ese líquido que cubre un cuerpo de nuestro sistema solar que es mucho más cercano y querido: la Tierra.
Así que, con esta excusa tan mala a modo de introducción, entremos en materia.
Un detalle que llama la atención cuando vemos las fotos de distintos mundos del sistema solar es la cantidad de agua que hay en la Tierra y su aparente ausencia en el resto de los planetas. Pero, aunque no lo parezca a simple vista, el agua es una sustancia muy abundante en el espacio porque está compuesta por átomos de oxígeno e hidrógeno, dos de los elementos más comunes del universo.
De hecho, en realidad el agua se puede encontrar en muchos lugares de nuestro sistema solar, desde las trazas de vapor de agua que hay en la atmósfera de los gigantes gaseosos, pasando por el hielo que cubre algunos satélites como Europa, Encélado o Tritón y hasta en los cuerpos congelados del exterior del sistema solar, como los planetas enanos o los cometas. O sea, que en el sistema solar hay bastante agua, pero se encuentra mayoritariamente en forma de hielo o vapor y no en estado líquido, que es como estamos acostumbrados a verla.
Llegados a este punto, es posible que los más interesados en la astronomía hayáis notado que todos los cuerpos celestes con agua que acabo de mencionar se encuentran más allá de Júpiter, lejos del sol. Esto se debe a que lo verdaderamente difícil no es encontrar agua en el sistema solar, sino encontrarla en los planetas que están cerca del sol. De ahí que sea intrigante que en la Tierra haya tanta agua.
¿Entonces de dónde viene toda el agua de la Tierra? ¿Y por qué hay tanta en las regiones exteriores del sistema solar?
Gracias por esta intervención tan oportuna para encaminar la entrada, voz cursiva. Para entender de dónde viene el agua de la Tierra, tendremos que hablar brevemente sobre la formación del sistema solar.
Como ya he comentado otras veces, el sistema solar se formó a partir de una gran nube de polvo y gas que colapsó sobre sí misma por su propia gravedad. Mientras el sol tomaba forma en el centro de la nebulosa, el material que lo rodeaba iba colisionando y agrupándose en masas cada vez mayores que, debido a su creciente campo gravitatorio, atraían aún más material. Con el tiempo, el tamaño de estas masas fue incrementando hasta dar lugar a los planetas y satélites que conocemos en la actualidad… Y el material «sobrante» sigue vagando por el espacio hoy en día en forma de asteroides y cometas.
El proceso de formación planetaria está muy bien ilustrado en esta animación:
Ahora bien, en relación con el tema que nos ocupa hoy, hubo dos factores determinaron cuánta agua llegaría a contener cada cuerpo de nuestro sistema solar.
Por un lado, el sol está caliente, así que, lógicamente, cuanto más nos alejamos de él, más frío hace. Por otro lado, la nebulosa solar que dio lugar al sistema solar contenía diferentes tipos de compuestos volátiles (entre ellos, el agua) que en el espacio permanecen en forma de gas por encima de una temperatura determinada. Como resultado, el sistema solar primigenio el agua estaba dividido en dos regiones distintas: los alrededores del sol, donde el agua se mantenía en estado gaseoso debido a las altas temperaturas, y el sistema solar exterior, la región en la que el frío permitía que las moléculas de agua se unieran entre ellas y formaran masas de hielo que podían ser atraídas con facilidad hacia los cuerpos celestes que estaban en proceso formación. La frontera que separaba las dos regiones es la llamada línea de congelación del agua del sistema solar, que en la actualidad se encuentra entre Marte y Júpiter.
Es decir, que las regiones alejadas del sol están llenas de mundos helados porque eran los únicos lugares en los que el agua podía formar masas de hielo en el sistema solar primigenio. Poco a poco, esos pedazos de hielo fueron chocando con el resto de escombros espaciales y uniéndose con ellos para formar objetos congelados cada vez más grandes, como ciertos satélites, los planetas enanos y los cometas que se pueden encontrar en el sistema solar exterior.
Por tanto, una de las ideas que se barajan en la actualidad es que nuestro planeta no contenía agua cuando se formó (o contenía muy poca) porque se encontraba demasiado cerca del sol y que, a lo largo de millones de años, el agua fue llegando a la superficie de la Tierra a bordo de los asteroides y cometas que impactaban contra ella y que se habían formado más allá de la línea de congelación del agua.
Comprendo. Entonces, ¿el agua de nuestros océanos vino de asteroides y cometas por igual? ¿O uno de los dos contribuyó más que el otro?
Pues aún no se sabe con total seguridad qué tipo de objeto fue el que trajo más agua a la Tierra, voz crusiva. Pero hay una manera de obtener pistas.
En la naturaleza existen dos «tipos» de agua: el agua normal y el agua pesada, que es un 11% más densa. Hablé de este tipo de agua en este otro artículo, pero, en resumidas cuentas, la diferencia entre las dos es que las moléculas de agua pesada contienen una forma del hidrógeno llamada deuterio que, en lugar de tener un sólo protón en su núcleo, contiene un protón y un neutrón. El deuterio tiene el doble de masa que un átomo de hidrógeno corriente porque posee dos partículas en su núcleo en lugar de una y, por tanto, las moléculas de agua que contienen algún átomo de deuterio en lugar de los de hidrógeno son ligeramente más «pesadas». De ahí su nombre, claro.
Total, que, en nuestro planeta, la proporción entre el deuterio (D) y el hidrógeno (H) del agua (el ratio D/H) es de 1 átomo de deuterio por cada 8.000 de hidrógeno «normal». Eso significa que, estudiando cuál es la proporción de hidrógeno y deuterio en otros cuerpos celestes, se puede buscar cuál tiene la más similar a la de la Tierra y deducir qué objetos trajeron el agua hasta aquí.
De momento, los resultados son los siguientes:
En este gráfico aparecen representadas las proporciones de hidrógeno y deuterio en distintos cuerpos del sistema solar. La línea azul marca la proporción que contiene el agua en la Tierra y se puede ver que es muy superior a la del medio interestelar que nos rodea (ISM) y a la de la nebulosa que dio lugar a nuestro sistema solar (Protosolar) , así que la Tierra no pudo haber adoptado su agua de su entorno durante su formación. Curiosamente, los cuatros gigantes gaseosos del sistema solar (J, S, U, N) sí que parecen tener una concentración similar, de modo que seguramente absorbieron el agua de esta nebulosa mientras se formaban.
En el gráfico también aparecen las concentraciones de hidrógeno y deuterio de 5 cometas de largo recorrido, un tipo de cometas provienen de una región de lejana del sistema solar llamada nube de Oort. El ratio D/H de estos cometas es bastante mayor que el del agua de la Tierra, por lo que más probable es que la contribución de estos objetos a los océanos de nuestro planeta fuera muy pequeña o nula. En cambio, la proporción de hidrógeno y deuterio de nuestros océanos sí que es similar a la del agua que contienen tanto los meteoritos carbonáceos como un cometa de la familia de Júpiter. Los primeros objetos son pedazos de asteroides que tienen un alto contenido en carbono (llamados condritas carbonáceas) y el segundo forma parte de un grupo de cometas que tienen órbitas cercanas al sol y que se cree que proceden del cinturón de Kuiper, una región exterior del sistema solar, pero que está mucho más cerca del sol que la nube de Oort.
Por tanto, parece probable que el agua de nuestro planeta proviniera de un tipo de asteroides caracterizados por su contenido en compuestos de carbono y tal vez también de los cometas de recorrido corto, aunque con una sola medición no se puede asegurar que todos los cometas de este tipo tengan una proporción de hidrógeno y deuterio similar.
PERO.
Aun así, esta explicación sólo tiene sentido si se asume que la proporción de hidrógeno y deuterio del agua de los océanos ha permanecido constante desde que nuestro planeta se formó, hace 4.600 millones de años… Y eso es algo que no se sabe con certeza, porque existen mecanismos que podrían haber cambiado esa proporción a lo largo de la historia geológica del planeta, como sugiere este paper.
Por tanto, si la proporción de deuterio hubiera sido mucho mayor cuando la Tierra se formó, eso significaría que nuestro planeta podría haber heredado su hidrógeno directamente de la nebulosa presolar. Si este fuera el caso, el agua no habría llegado a la Tierra a bordo de asteroides y cometas, sino que se podría haber formado directamente sobre el planeta a través de las reacciones de oxidación entre el hidrógeno de su atmósfera primitiva y los óxidos que contenía el magma que inundaba su superficie durante su infancia.
Ahora bien, descubrir si la proporción de deuterio e hidrógeno del agua de nuestro planeta ha cambiado con el tiempo es una tarea complicada, porque la actividad tectónica renueva la superficie de la Tierra constantemente y rocas terrestres primigenias que pudieron haber conservado alguna muestra de agua primitiva se perdieron bajo la corteza terrestre hace mucho tiempo. Se cree que algunas rocas originales podrían haber sobrevivido inalteradas en las profundidades del manto terrestre, pero, claro, conseguir muestras de esta región del planeta es más bien complicado.
Aun así, se ha descubierto que las muestras de rocas lunares contienen el mismo ratio D/H que la Tierra. Teniendo en cuenta que la Luna se formó a partir de material terrestre (como explicaba en esta otra entrada) y que ese material habría descansado sobre ella inalterado durante miles de millones de años porque nuestro satélite está geológicamente inactivo, esto parece indicar que la proporción de deuterio e hidrógeno de nuestro planeta se ha conservado desde su formación.
Por tanto, aunque de momento no se sabe con seguridad cuál es el origen exacto del agua de nuestro planeta, las evidencias parecen favorecer la hipótesis de que la proporción de deuterio e hidrógeno no ha cambiado a lo largo de la historia de la Tierra y que, como resultado, lo más probable es que el agua llegara a nuestros océanos a bordo de asteroides y, más concretamente, de un tipo de asteroides pertenecientes a la familia de las condritas carbonáceas.
Así que, la próxima vez que vayáis a la playa y entréis en el agua, os podéis comer el tarro pensando que el líquido en el que os estáis bañando proviene del espacio.
Eh, eh, no te flipes con las conclusiones, que tampoco es para tanto: todo el material de la Tierra vino del espacio.
Touché, voz cursiva.
