La Tierra es el único planeta que sabemos que contiene vida. ¿Es nuestro planeta especial? A lo largo de los años, los científicos han reflexionado sobre los factores esenciales o beneficiosos para la vida. Las respuestas nos ayudarán a identificar otros planetas potencialmente habitados en otros lugares de la galaxia.
Para entender cómo eran las condiciones en los primeros años de la Tierra, nuestra investigación trató de recrear el equilibrio químico del océano de magma en ebullición que cubría el planeta hace miles de millones de años, y realizó experimentos para ver qué tipo de atmósfera habría producido. En colaboración con colegas de Francia y Estados Unidos, descubrimos que la primera atmósfera de la Tierra era probablemente una sopa espesa e inhóspita de dióxido de carbono y nitrógeno, muy parecida a la que vemos hoy en día en Venus.
Cómo consiguió la Tierra su primera atmósfera
Un planeta rocoso como la Tierra nace a través de un proceso llamado «acreción», en el que partículas inicialmente pequeñas se agrupan bajo la fuerza de la gravedad para formar cuerpos cada vez más grandes. Los cuerpos más pequeños, llamados «planetesimales», se parecen a los asteroides, y los siguientes tamaños son «embriones planetarios». Es posible que haya habido muchos embriones planetarios en el Sistema Solar primitivo, pero el único que aún sobrevive es Marte, que no es un planeta completo como la Tierra o Venus.
Las últimas etapas de acreción implican impactos gigantes que liberan enormes cantidades de energía. Creemos que el último impacto en la acreción de la Tierra implicó que un embrión del tamaño de Marte chocara con la Tierra en crecimiento, haciendo girar nuestra Luna y fundiendo la mayor parte o todo lo que quedaba.
El impacto habría dejado la Tierra cubierta de un mar global de roca fundida llamado «océano de magma». El océano de magma habría filtrado gases de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, para formar la primera atmósfera de la Tierra.
Cómo era la primera atmósfera
Queríamos saber exactamente qué tipo de atmósfera habría sido, y cómo habría cambiado a medida que ésta, y el océano de magma que había debajo, se enfriaban. Lo crucial para entender es lo que estaba sucediendo con el elemento oxígeno, porque controla cómo se combinan los otros elementos.
Si hubiera poco oxígeno, la atmósfera habría sido rica en gases de hidrógeno (H₂), amoníaco (NH₃) y monóxido de carbono (CO). Con abundante oxígeno, habría estado formada por una mezcla de gases mucho más amigable: dióxido de carbono (CO₂), vapor de agua (H₂O) y nitrógeno molecular (N₂).
Así que había que calcular la química del oxígeno en el océano magmático. La clave era determinar cuánto oxígeno estaba químicamente unido al elemento hierro. Si hay mucho oxígeno, se une al hierro en una proporción 3:2, pero si hay menos oxígeno vemos una proporción 1:1. La proporción real puede variar entre estos extremos.
Cuando el océano de magma finalmente se enfrió, se convirtió en el manto de la Tierra (la capa de roca bajo la corteza del planeta). Así que hicimos la suposición de que las proporciones de enlace oxígeno-hierro en el océano de magma habrían sido las mismas que en el manto actual.
Tenemos muchas muestras del manto, algunas traídas a la superficie por erupciones volcánicas y otras por procesos tectónicos. A partir de ellas, podríamos averiguar cómo reunir una mezcla adecuada de sustancias químicas en el laboratorio.
En el laboratorio
Determinamos que esta atmósfera estaba compuesta por CO₂ y H₂O. El nitrógeno habría estado en su forma elemental (N₂) en lugar del gas tóxico amoníaco (NH₃).
¿Pero qué habría pasado cuando el océano de magma se enfriara? Parece que la Tierra primitiva se enfrió lo suficiente como para que el vapor de agua se condensara fuera de la atmósfera, formando océanos de agua líquida como los que vemos hoy. Esto habría dejado una atmósfera con un 97% de CO₂ y un 3% de N₂, a una presión total aproximadamente 70 veces superior a la presión atmosférica actual. Un efecto invernadero. Pero el Sol era entonces menos de tres cuartos de lo que es ahora.
Cómo la Tierra evitó el destino de Venus
Esta proporción de CO₂ y N₂ es sorprendentemente parecida a la atmósfera actual de Venus. Entonces, ¿por qué Venus, pero no la Tierra, conservó el ambiente infernalmente caliente y tóxico que observamos hoy?
La respuesta es que Venus estaba demasiado cerca del Sol. Simplemente nunca se enfrió lo suficiente como para formar océanos de agua. En su lugar, el H₂O de la atmósfera se quedó como vapor de agua y se perdió lenta pero inexorablemente en el espacio.
En cambio, en la Tierra primitiva, los océanos de agua extrajeron lenta pero constantemente el CO₂ de la atmósfera por reacción con las rocas -reacción conocida por la ciencia desde hace 70 años como «reacción de Urey», en honor al premio Nobel que la descubrió- y reduciendo la presión atmosférica hasta lo que observamos hoy.
Así que, aunque ambos planetas empezaron de forma casi idéntica, son sus diferentes distancias al Sol las que los pusieron en caminos divergentes. La Tierra se volvió más propicia para la vida mientras que Venus se volvió cada vez más inhóspito.