La Tierra, el hogar de la Humanidad (II)

Nuestro planeta es el hogar de nuestra especie y de miles de formas de vida. En esta serie de tres artículos, vamos a repasar a fondo lo más importante que necesitas saber. En esta ocasión, hablaremos de las características de la Tierra y: temperatura, entorno en el espacio, evolución…

Las características de la Tierra: las estaciones y la inclinación del planeta

Un pilar de luz fotografiado en el océano Antártico.
Crédito: Hannes Grobe/AWI

La temperatura media de la superficie de nuestro planeta depende de diferentes factores. Entre ellos está el momento del día, el momento del año, y el lugar en el que midamos la temperatura. Nuestro planeta rota sobre sí mismo cada 24 horas. Así que nunca hay un lado que esté permanentemente apuntando hacia el Sol; un fenómeno al que denominamos acoplamiento de marea. Por tanto, las temperaturas suben durante el día y bajan durante la noche. En algunos lugares, esa variación puede ser muy marcada.

Como nuestro planeta tiene un eje inclinado (aproximadamente 23,4º hacia el ecuador del Sol), el Hemisferio Norte y el Hemisferio Sur están inclinados o bien hacia nuestra estrella, o bien en dirección contraria, durante las estaciones de verano e invierno. Además, las regiones ecuatoriales de la Tierra están más cerca del Sol, y algunas partes del mundo reciben más luz solar y tienen menos nubes. Por lo que las temperaturas cambian notablemente a lo largo y ancho del planeta.

De hecho, no todas las regiones experimentan cuatro estaciones. A pesar de ser una de las características de la Tierra, no se da en todas las regiones. Por ejemplo, en el ecuador la temperatura media es más alta y no hay estaciones frías y cálidas del mismo modo que en los hemisferios. Es la consecuencia de la cantidad de luz que recibe a lo largo del año. La variación es muy pequeña, por lo que no hay una diferencia muy pronunciada.

La temperatura media de la Tierra

Desierto de Lut visto desde el espacio

El desierto de Lut, en Irán, visto desde el espacio.
Crédito: NASA

Así que la temperatura media de la superficie de la Tierra es de, aproximadamente, 14ºC. Eso sí, es sólo eso, una media. Por ejemplo, la temperatura más alta registrada en la Tierra es de 70,7ºC. Tuvo lugar en el desierto de Lut, en Irán. Esta medición fue parte de un estudio global de temperaturas. Fue llevado a cabo por los científicos del Observatorio de la Tierra de la NASA, durante los veranos de 2003 a 2009. Durante cinco de los siete años, (2004-2007 y 2009), el desierto de Lut fue el lugar más caluroso de la Tierra.

Por su parte, la temperatura más baja medida hasta la fecha tuvo lugar en la Base Vostok, en la llanura antártica. Gracias a los dispositivos de medición instalados en la superficie, se registró una temperatura mínima de -89,2ºC. Tuvo lugar el 21 de julio de 1983. El análisis de los datos por satélite también indicaron una posible lectura de -93,2ºC el 10 de agosto de 2010. También sucedió en la Antártida. Sin embargo, no fue posible constatar esta medición con dispositivos en tierra, por lo que el récord vigente es el de 1983.

Todas estas mediciones se realizaron según indica la Organización Mundial de la Meteorología. Es la organización que indica cómo se han de realizar las lecturas de temperaturas. Así, la temperatura del aire tiene que realizarse bajo luz directa del Sol. Los materiales alrededor del termómetro podrían absorber la radiación y afectar  a la medición. Además, el termómetro en cuestión tiene que estar a entre 1,2 y 2 metros de altura del suelo.

La Luna, el satélite natural de la Tierra

La Luna en fase menguante.
Crédito: John Brimacombe

Una de las características de la Tierra más llamativas es la Luna. Es el único satélite natural a su alrededor. Su existencia es conocida desde tiempos prehistóricos. Quizá por eso no resulta sorprendente saber que ha desempeñado un papel muy importante en la tradición astronómica y mitológica de muchas culturas humanas. De hecho, en algunas de ellas, la Luna fue vista como una deidad. Otras creían que sus movimientos y los fenómenos asociados podían ayudar a predecir fenómenos terrenales.

En la época moderna, la Luna ha seguido siendo un punto importante de investigación científica y astronómica. No sólo eso, también ha sido un objetivo clave en la exploración espacial. De hecho, es el único objeto celeste, al margen de la Tierra, en el que los humanos han puesto sus pies. El primer aterrizaje en la Luna tuvo lugar el 20 de julio de 1969. Neil Armstrong fue la primera persona en poner pie en nuestro satélite. Desde entonces, 13 astronautas lo han visitado. Las investigaciones que realizaron han sido esenciales para ayudarnos a comprender su composición y formación.

Por ejemplo, gracias a las rocas lunares que fueron traídas de vuelta a nuestro planeta, la teoría más importante dice que nuestro satélite se formó hace unos 4.500 millones de años. Fue el producto de una colisión entre la Tierra y un objeto con una masa similar a Marte, al que denominamos Theia. La colisión creó una enorme nube de material que comenzó a girar alrededor de nuestro planeta. Eventualmente, se condensó y formó la Luna que podemos ver hoy en día.

Un satélite grande

El Mar de la Tranquilidad visto desde el módulo lunar de la misión Apolo 10.
Crédito: NASA

La Luna es uno de los satélites naturales más grandes del Sistema Solar. Es, además, el segundo satélite más denso de los que conocemos. Sólo le supera Ío, un satélite de Júpiter. Además, nuestro satélite está en acoplamiento de marea con la Tierra. Es decir, el mismo lado siempre apunta hacia nosotros, mientras el otro nos es invisible. El lado más lejano, al que en ocasiones llamamos la cara oculta, fue un completo misterio para nosotros hasta que pudimos enviar sondas para fotografiarla.

Aunque la Luna es bastante grande en cuanto a satélites se refiere, es mucho más pequeña que la Tierra. Su diámetro es de 3.474,8 kilómetros. Aproximadamente la cuarta parte del de la Tierra. Su masa es de 7,3477 x 1022 kg. Es decir, sólo un 1,2% respecto a la masa de la Tierra. Su densidad media es de 3,3464 g/cm3 , relativamente baja, equivalente al 0,6 de la de la Tierra. Por todas estas diferencias, su gravedad es sólo un 17% de la de nuestro planeta.

Pero eso no quiere decir que su influencia sea mínima. al contrario. la Luna tiene un efecto muy importante en las mareas de la Tierra. Tanto es así, que el nivel de los mares del planeta suben y bajan en respuesta a la presencia de la gravedad del satélite. Este impacto se ve amplificado por otros factores de nuestros océanos. En resumen, el hemisferio que esté apuntando hacia la Luna tendrá una marea alta, mientras el contrario, en ese momento, estará experimentando una marea baja.

Los eclipses y la exosfera lunar

La sonda Messenger, de la NASA, tomó esta imagen de la Tierra y la Luna desde Mercurio.
Crédito: NASA

Uno de los fenómenos más espectaculares que podemos vivir son los eclipses. Son el producto de la órbita de nuestro satélite, y existen en dos variedades: eclipses lunares y solares. Los eclipses lunares ocurren cuando la Luna entra en la sombra de la Tierra y su superficie es oscurecida. Los eclipses solares, por contra, suceden cuando nuestro satélite pasa entre la Tierra y el Sol, y la Luna oculta al Sol, ya sea parcial o completamente.

Del mismo modo que Mercurio. La Luna tiene una atmósfera muy tenue, conocida como exosfera. Por este motivo, las variaciones de temperatura son muy extremas, y tienen poco que ver con las que experimentamos en la Tierra. El rango de temperaturas, de media, oscila entre los -153ºC y los 107ºc. Se han llegado a registrar temperaturas mínimas de hasta -249ºC. Las mediciones de la misión LADEE de la NASA han determinado que la exosfera está compuesta principalmente de helio, neón y argón.

El helio y el neón son el resultado del viento solar. El argón, por su parte, procede de un proceso natural. Es el producto del decaimiento radioactivo del potasio del interior de la Luna. También hay evidencias que indican la presencia de agua congelada en algunos cráteres que están congelados de manera permanente. Posiblemente también pueda haber hielo bajo la superficie. Ese agua podría haber llegado a la Luna o bien a través del viento solar, o bien gracias a los impactos de cometas.

La superficie de la Luna y los asteroides troyanos

Imagen de la superficie lunar, tomada durante la misión Apolo 16.
Crédito: NASA

La superficie de nuestro satélite está dividido en cuatro tipos diferentes de terreno. Los mares lunares son las llanuras lisas. En ocasiones se les llama mare, por su nombre en Latín (y cuyo plural es maria), porque los antiguos astrónomos creían que eran mares llenos de agua. También nos encontramos con las tierras altas, que muestran un color más claro porque están más cerca de nuestro planeta. Además, hay numerosas regiones montañosas, y la superficie está inundada de cráteres producidos por el impacto de asteroides y otros restos espaciales.

La Tierra tiene, además, al menos cinco asteroides que comparten su órbita. Entre ellos están 3753 Cruithne y 2002 AA29. Otro asteroide troyano es 2010 TK7, que oscila alrededor del punto de Lagrange L4, en la órbita de la Tierra alrededor del Sol. También hay un pequeño asteroide cercano a la Tierra que recibe la denominación 2006 RH120. Se acerca a la Tierra y la Luna aproximadamente cada 20 años. En ocasiones, puede orbitar alrededor de la Tierra durante breves períodos de tiempo.

En 2017, hay unos 1.100 satélites artificiales activos orbitando la Tierra. Pueden ser satélites de geoposicionamiento global (GPS), militares, de investigación y de telecomunicaciones. A ellos hay que sumarles, además, los satélites que ya no están operativos. Entre los que hay que mencionar al Vanguard 1. Es el satélite más antiguo que permanece en la órbita de la Tierra. También hay unos 300.000 fragmentos de basura espacial. El satélite artificial más grande es la Estación Espacial Internacional.

Evolución y formación de la Tierra

Representación artística de la Tierra durante el Bombardeo Intenso Tardío, que tuvo lugar hace unos 4.100 millones de años.
Crédito: Julian Baum/Take 27 Ltd

Desde el siglo 18, el consenso científico es que la Tierra, y todo el Sistema Solar, se formaron en una nube de material nebuloso. Es algo conocido como la Teoría Nebular. Según se explica en ella, hace unos 4.600 millones de años, el Sistema Solar era un disco circunestelar compuesto de gas, granos de hielo y polvo. Con el tiempo, la mayor parte de ese material se acumuló en el centro y experimentó un colapso gravitacional, formando el Sol.

El resto del material se acható en un disco protoplanetario. De ahí saldrían los planetas, satélites, asteroides y otros objetos del Sistema Solar. Hace 4.540 millones de años, la primitiva Tierra ya se había formado. Después, hace 4.530 millones de años, se formó la luna por la acumulación del material que había terminado en órbita por la colisión de la Tierra con un objeto de una masa similar a Marte, denominada Theia (que ya he mencionado anteriormente).

Hace aproximadamente entre 4.100 y 3.800 millones de años, se produjo un intenso periodo de impactos de asteroides. Es lo que conocemos como el Bombardeo Intenso Tardío. Provocó cambios muy importantes en la superficie de la Luna y, en consecuencia, en la Tierra. Nuestro planeta estaba, inicialmente, fundido. Motivado por los fenómenos volcánicos extremos y las frecuentes colisiones con otros objetos de aquel joven Sistema Solar.

La llegada de los océanos y las edades de hielo

Concepto artístico de la Tierra durante una edad de hielo.
Crédito: Wikimedia Commons/Ittiz

Hace entre 4.000 y 2.500 millones de años, la capa exterior del planeta se enfrió lo suficiente para formar una corteza sólida con placas tectónicas. La expulsión de gases y la actividad volcánica propiciaron el nacimiento de la atmósfera primordial. Después, la condensación del vapor de agua, que se vio ampliada por el hielo que llegó a nuestro planeta gracias a los impactos de cometas, dieron lugar a la aparición de los océanos.

La superficie de la Tierra se reformó constantemente durante cientos de millones de años. Los continentes se formaban y se rompían. Viajaban a lo largo de la superficie, en ocasiones combinándose para dar lugar a un supercontinente. Hace unos 750 millones de años, el supercontinente más antiguo conocido, Rodinia, comenzó a fragmentarse. Después, volvieron a recombinarse para formar Pannotia (hace entre 600 y 540 millones de años). Finalmente, el último supercontinente ha sido Pangea, que se fragmentó hace 180 millones de años.

El patrón actual de edades de hielo comenzó hace unos 40 millones de años y se intensificó al final del Plioceno (hace unos 2,58 millones de años). Desde entonces, las regiones polares han experimentado ciclos recurrentes de glaciación y descongelación, que se repiten aproximadamente en períodos de entre 40 y 100.000 años. El último periodo glacial de la edad de hielo actual terminó hace unos 10.000 años.

La aparición de la vida

Científicos en Groenlandia, excavando rocas que podrían contener evidencias sobre formas de vida de hace más de 3.800 millones de años.
Crédito: Laure Gauthiez

Se cree que las primeras señales de vida aparecieron hace unos 4.000 millones de años. Durante los inicios del eón Arcaico. Comenzó con la formación de moléculas autorreplicantes producidas por reacciones químicas de alta energía. El desarrollo de la fotosíntesis permitió que la energía del Sol pudiese ser capturada directamente por las formas de vida. El oxígeno molecular resultante se acumuló en la atmósfera e interactuó con la radiación solar ultravioleta para dar lugar a una capa protectora de ozono (O3) en la atmósfera.

Fue un fenómeno de gran importancia para el desarrollo de la vida. La capa de ozono tiene la capacidad de absorber la radiación ultravioleta dañina. Así, se propició la aparición de organismos multicelulares. Formas de vida compuestas por células cada vez más especializadas y complejas. Las evidencias fósiles más antiguas de la vida indican que las primeras formas microbianas aparecieron hace entre 3.700 y 3.480 millones de años.

Durante el neoproterozoico, hace entre 750 y 580 millones de años, una severa glaciación cubrió la mayor parte de la Tierra. Es una hipótesis a la que llamamos Tierra Bola de Nieve. A ese período le sucedió la explosión cámbrica. Fue un fenómeno que tuvo lugar durante el período cámbrico (hace entre 541 y 485,4 millones de años). Fue el momento en el que las formas de vida multicelulares comenzaron a propagarse.

La diversidad de la vida

Concepto artístico de dinosaurios.
Crédito: Kerem Beyit

Tras la explosión cámbrica, hace unos 535 millones de años, sabemos que se han producido cinco grandes extinciones. La más reciente, a la que conocemos como la Extinción masiva del Cretácico-Paleógeno, sucedió hace 66 millones de años. El impacto de un asteroide provocó la extinción de los dinosaurios no avianos y de otros grandes reptiles. Sólo sobrevivieron pequeños animales como los mamíferos.

Durante los últimos 66 millones de años, la vida mamífera se ha diversificado enormemente. Hace varios millones de años, un animal africano similar a un mono, adquirió la habilidad de ponerse de pie. Eso permitió que pudiese utilizar herramientas y animó a desarrollar comunicación. Así se proporcionó la nutrición y estimulación necesarias para el desarrollo de un cerebro más grande. Algo que permitió la evolución de la raza humana.

El desarrollo de la agricultura, y después de la civilización, ha provocado que los humanos tengamos una influencia en la Tierra, y la naturaleza y cantida de otras formas de vida que ninguna otra especie ha llegado a alcanzar. En los últimos 100.000 años, la humanidad se ha asentado en cada continente del mundo, con la excepción de la Antártida. Se ha convertido en el principal factor de cambio, por lo que muchos geólogos llaman informalmente a la época actual como Antropoceno.

La habitabilidad de la Tierra

Recreación artística del impacto de un meteorito de 10 kilómetros en la península del Yucatán.
Crédito: Don Davis

Probablemente, de las características de la Tierra, el hecho de tener vida es la más importante. Cualquier planeta que tenga condiciones aptas para la existencia de la vida es considerado habitable. En estos momentos, nuestro planeta es el único que conocemos que sea capaz de albergar vida. Estudiando su clima, sus ecosistemas y la naturaleza diversa de los organismos que viven aquí, los científicos han podido aprender mucho sobre las condiciones necesarias para que la vida aparezca y se desarrolle en un entorno planetario.

Primero, un planeta necesita tener agua líquida en su superficie. Es decir, un entorno en el que las moléculas complejas puedan ensamblarse e interactuar. Segundo, es necesario que reciba la cantidad de energía suficiente desde su estrella. Así se puede mantener el metabolismo. En tercer lugar, es necesario que posea una atmósfera que sea capaz de proteger a las formas de  vida de la radiación solar dañina.

Por su distancia al Sol, la Tierra está dentro de la zona habitable. Eso garantiza que no sea ni demasiado cálida ni demasiado fría. Por eso es capaz de mantener agua líquida en su superficie. Su atmósfera (y magnetosfera) se encargan de protegerla de la radiación solar más dañina. Su excentricidad orbital, velocidad de rotación, inclinación del eje y su historia geológica son factores que influyen en que las condiciones climáticas permitan la existencia de vida.

La habitabilidad de Venus y Marte

La Tierra y Marte

La Tierra y Marte
Crédito: Centauri Dreams

Esas características de la Tierra no están presentes en otros objetos del Sistema Solar. El resto no reúnen todos los requisitos. Salvo Venus y Marte, el resto de objetos del Sistema Solar están fuera de la zona habitable. Venus, por su parte, se encuentra en el borde interior. Es posible que si su desarrollo hubiese sido diferente fuese habitable. Sin embargo, en la actualidad está bajo un potente efecto invernadero, y su presión atmosférica es demasiado intensa. La concentración de gases de efecto invernadero y las temperaturas extremas lo hacen incompatible con la vida.

Marte, por su parte, se encuentra en el borde exterior de la zona habitable. De nuevo, en otras circunstancias, si su desarrollo hubiera sido diferente, es posible que fuese habitable. Sin embargo, es un mundo demasiado frío, con una atmósfera demasiado fina como para poder permitir el desarrollo de la vida. Sin embargo, sí que tenemos evidencias de que no fue siempre así. En el pasado, Marte tuvo una atmósfera más densa y agua en estado líquido en su superficie. Ese período terminó hace, aproximadamente, unos 3.800 millones de años.

Este es el segundo artículo de una serie de tres sobre nuestro planeta. La primera parte está disponible en este enlace. La tercera está disponible aquí.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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