La Singularidad Desnuda

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El gas invernadero que resuelve la paradoja del joven Sol débil

Posted by Carlos en agosto 19, 2009

Los orígenes de la vida se remontan a hace más de 3 500 millones de años (3.5 Ga) según indica la evidencia fósil. Aunque los detalles del proceso distan mucho de estar claros y hay diferentes hipótesis al respecto, sí puede afirmase que las condiciones ambientales de temperatura y la disponibilidad de agua líquida fueron determinantes (si no para la aparición de la vida en sí, al menos para los primeros pasos de su evolución en lo que hoy vemos). De manera un tanto intrigante, la existencia de estas condiciones favorables plantea en sí misma un enigma: hace 3-4 Ga el Sol no era más que una jovencísima estrella que comenzaba su camino por la secuencia principal, y su brillo era menor que el actual, apenas un 70% del de hoy en día. De acuerdo con la Ley de Stefan-Boltzmann, la temperatura de un cuerpo negro es proporcional a la raíz cuarta de la energía que emite por unidad de área, lo que nos deja con una temperatura de 0,70,25 = 91% de la actual. La temperatura de la Tierra es a su vez proporcional a la del Sol -asumiendo que el radio de éste y la distancia a la que nos hallamos no varía- lo que quiere decir que si en la actualidad debería ser de unos 279K sin contar el efecto invernadero, por aquel entonces sería de apenas 255K, o lo que es lo mismo unos frígidos -18ºC. Incluso con concentraciones de gases invernadero como las actuales la temperatura no subiría por encima del punto de congelación del agua, en contra de lo que la evidencia muestra. Es lo que se conoce como la paradoja del joven Sol débil.

Evolución del sol.

Evolución del sol. Credit: Tablizer

Lógicamente, la composición de la atmósfera era muy diferente de la actual hace 3.5 Ga y la presencia de gases invernadero debió ser muy superior para permitir que la temperatura permaneciera por encima de 0ºC. El candidato más en boga era el socorrido CO2, pero ahora un reciente estudio conjunto del Tokyo Institute of Technology y de la Universidad de Copenague arroja un nuevo escenario dominado por otro gas: el sulfuro de carbonilo (OCS).

Carbonyl sulfide

El estudio en cuestión ha sido realizado por Yuichiro Ueno y colaboradores, lleva por título

y ha sido publicado esta semana en PNAS. Ueno et al. han analizado la distribución de isótopos sulfurosos en rocas del Arcaico. Dicha distribución depende de la intensidad de la fotolisis del SO2, la cual depende a su vez de la composición atmosférica en la Tierra primitiva, y en particular de los gases que puedan bloquear la radiación ultravioleta. De acuerdo con los modelos numéricos que han desarrollado, las concentraciones observadas son compatibles con una atmósfera rica en OCS. Este gas haría las veces de la actual capa de ozono, con un añadido especial: un potente efecto invernadero, mucho más efectivo que el del CO2 y capaz de compensar la reducida energía solar. Más aún, el OCS actúa como catalizador para la formación de péptidos, lo que resulta sumamente interesante desde el punto de vista de la abiogénesis.

La vida encontró pues un ambiente favorable para su desarrollo gracias a la disponibilidad de agua líquida como disolvente. Formas de vida más sofisticadas se fueron abriendo camino, y hace alrededor de 3 Ga surgieron los primeros organismos fotosintéticos. Con ellos empezó el proceso de enriquecemiento atmosférico de oxígeno (los volcanes superficiales también ayudaron). Paradójicamente este oxígeno reaccionó con el azufre volcánico, dificultando la regeneración de la capa de sulfato de carbonilo y produciendo otros aerosoles sulfúricosde sulfato que actuaron como refrigerantes atmosféricos. Este proceso acabaría por dar lugar durante el Paloproterozoico a la glaciación global que cubrió completamente de hielo y nieve a la superficie terrestre.

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Platino extraterrestre, mezclado, no agitado

Posted by Carlos en agosto 4, 2009

Cuando intentamos visualizar el remoto pasado de la Tierra y su intensa actividad geológica solemos acudir a una imagen mental de paisajes volcánicos, con grandes erupciones, lluvias de ceniza, lagos de lava, etc. Naturalmente esta imagen la construimos a partir de nuestra experiencia en las erupciones de hoy en día, por ejemplo las de los volcanes hawaianos cuya lava es sumamente fluida. Sin embargo, esta imagen no hace justicia a las características aún más extremas que la lava exhibía durante el Arcaico.

Flujo de lava del Puʻu ʻŌʻō, en el Kilauea (hawai). Credit: United States Geological Survey

Flujo de lava del Puʻu ʻŌʻō, en el Kilauea (Hawai). Credit: United States Geological Survey

Se estima que el manto terrestre tenía en el Arcaico (hace de 3.8 a 2.5 Ga; 1 Ga = 109 años) una temperatura superior a la actual en unos 500ºC debido al calor residual de la acreción terrestre y de la mayor abundancia de elementos radiactivos. Estas condiciones resultaban en la formación de magmas diferentes al basáltico común. Rocas ígneas como la komatita -cuyo punto de fusión supera los 1600ºC, frente a los aproximadamente 1200ºC de las lavas basálticas- daban lugar a extraordinarias inundaciones de lava. Y es que la komatita fundida se comporta como un fluido supercrítico (denso como la roca, viscoso como un gas, sin apenas tensión superficial): se desplazaría por la superficie sin apenas resistencia, pudiendo formar hilos fluidos de sólo 1 cm de tamaño.

Kilauea eruption

Credit: United States Geological Survey

Dado el cambio de las condiciones del manto, estas rocas son hoy en día muy extrañas y sólo se  encuentran en coladas de lava del periodo Arcaico. Su estudio es pues importante en tanto que pueden arrojar información de gran interés en relación a la composición y actividad del manto en aquella época. Más aún, hay un interés económico, ya que estas rocas se asocian con depósitos de oro y níquel. Precisamente un proyecto de investigación industrial relativo a los depósitos de níquel ha dado lugar de resultas del análisis de las komatitas a un importante descubrimiento en relación a la dinámica del manto. Este proyecto se basa en el estudio del platino como guía para localizar al níquel. Para ello han analizado komatitas para analizar su contenido en platino, y ahí es donde ha llegado el hallazgo.

Micrografía de una komatita. Las placas paralelas que se aprecian dan lugar a lo que se conoce como "textura spinifex". Credit: CSIRO, Australia

Micrografía de una komatita. Las placas paralelas que se aprecian dan lugar a lo que se conoce como "textura spinifex". Credit: CSIRO, Australia

El análisis de komatitas del Paleoarcaico (hace de 3.6 a 3.2 Ga) indica que su contenido en platino es muy pobre, debido a éste se precipito al núcleo terrestre durante su formación. Sin embargo, el análisis de komatitas del Neoarcaico (concretamente de hace 2.7-2.9 Ga) y del Paleoproterozoico (2.0-2.5 Ga en este caso) indica un incremento gradual en el contenido de platino. ¿Y de dónde proviene dicho platino? Del material meteorítico que llegó a la Tierra durante el último bombardeo intenso, hace 3.8 a 4.1 Ga (esto es, durante el Hadeico). Este material formó una lámina superficial que luego sería arrastrada y mezclada con el manto debido a procesos de convección a gran escala durante 1 500 millones de años.

Estas conclusiones has sido presentadas por Wolfgang D. Maier y 6 colaboradores -de la University of Western Australia y otras 7 instituciones- en un trabajo titulado

recién aparecido en Nature. Los autores citan la determinación de la escala temporal del proceso como una de las principales contribuciones del trabajo, y apuntan a su utilidad para una mejor comprensión de los procesos del manto.

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