El carbono de la Tierra pudo venir de una colisión con un protoplaneta

Como seguramente sepas, todavía hay muchos aspectos del pasado de nuestro planeta para los que todavía no tenemos respuestas concretas. Ahora, puede que estemos más cerca de dar con la respuesta a una pregunta que ha traído de cabeza a muchos científicos. ¿De dónde viene el carbono de la Tierra?

Una colisión con otro objeto celeste

Recreación artística de una colisión entre la Tierra, poco después de su formación, y un planeta de un tamaño similar al de Mercurio. Crédito: A. Passwaters/Rice University based on original courtesy of NASA/JPL-Caltech.

Recreación artística de una colisión entre la Tierra, poco después de su formación, y un planeta de un tamaño similar al de Mercurio.
Crédito: A. Passwaters/Rice University based on original courtesy of NASA/JPL-Caltech.

La investigación de un equipo de científicos sugiere que casi todo el carbono, el elemento base de la vida, de nuestro planeta, podría haber tenido su origen en una colisión que tuvo lugar hace unos 4.400 millones de años, con un pequeño protoplaneta que hubiera tenido unas dimensiones similares a las de Mercurio, y que hubiera proporcionado ese elemento en lugares en los que no esperaríamos encontrarlo.

Pongámonos en situación. Lo que sabemos es que la mayor parte del carbono del planeta debería haber desaparecido, durante los primeros días de nuestro mundo, o bien haber quedado atrapado en el núcleo de la Tierra. El reto, por tanto, es explicar cuál es el origen de los elementos volátiles que vemos fuera del núcleo, y que están en la región del manto. No es una cuestión cualquiera porque nos puede permitir comprender mejor cómo fueron los primeros instantes de la formación del Sistema Solar.

El equipo de científicos está especializado en recrear las condiciones de altas presiones y altas temperaturas que existieron en lo más profundo de la Tierra y de otros planetas rocosos. Con la ayuda de presas hidráulicas, han sido capaces de simular las condiciones a más de 400 kilómetros de profundidad bajo la superficie de la Tierra, o en lo que sería la división entre núcleo y manto de planetas más pequeños, como Mercurio.

El origen del carbono

La Luna, vista desde el hemisferio norte de la Tierra. Aunque menos evidentes, esas diferencias en las tonalidades de la superficie lunar siguen siendo apreciables. Crédito: Gregory H. Revera

La Luna también pudo formarse de una manera similar, tras una colisión con un planeta llamado Theia.
Crédito: Gregory H. Revera

En el pasado, ya se habían publicado estudios en los que se demostraba que, si el carbono no se había evaporado en el espacio cuando el planeta todavía estaba fundido, hubiera terminado incorporándose al núcleo metálico de la Tierra, porque las aleaciones ricas en hierro tienen una afinidad muy alta hacia ese mismo elemento.

El núcleo de la Tierra, que está formado principalmente por hierro, representa alrededor de la tercera parte de la masa del planeta. El manto de silicato representa los otros dos tercios y se extiende a más de 2.400 kilómetros bajo la superficie. La corteza y la atmósfera son tan finas que sólo representan el 1% restante de la masa. El manto, la corteza y la atmósfera intercambian elementos constantemente, incluyendo los elementos volátiles necesarios para la vida.

Si el carbono original se evaporó en el espacio, o se integró en el núcleo, ¿de dónde vino el que podemos ver en el manto y en la biosfera?. Una idea popular es que los elementos volátiles, como el carbono, azufre, nitrógeno e hidrógeno, fueron incorporados después de que se terminase de formar el núcleo del planeta. Si cualquiera de estos elementos hubiese llegado en meteoritos y cometas más de cien millones de años después de su formación, podrían haber evitado el intenso calor del océano de magma que todavía cubría la Tierra en aquel momento.

El problema es que, aunque es una explicación suficiente para justificar la abundancia de muchos de estos elementos, no se conoce ningún meteorito que podría producir el índice de elementos volátiles que se encuentran en la región de silicatos. Así que el equipo de científicos, detrás de este estudio, comenzó a pensar en otras formas de responder al dilema planteado por los elementos volátiles y la composición del núcleo de nuestro planeta. Decidieron llevar a cabo experimentos que les permitiesen evaluar cómo podría afectar el azufre y el silicio a la afinidad del hierro por el carbono.

La idea no se les ocurrió por los estudios de la Tierra, si no gracias a algunos de los vecinos de nuestro planeta. Entendieron que era necesario alejarse del concepto convencional de un núcleo formado principalmente por níquel y carbono, y comenzaron a explorar con otras opciones, como aleaciones muy ricas en silicio y azufre, en parte porque se cree que el núcleo de Marte es rico en azufre, y el núcleo de Mercurio se cree que es rico en silicio.

Azufre y silicio

Concepto artístico del inicio del Sistema Solar, en el que la colisión de las partículas en el disco de acreción desembocó en la formación de planetesimales y, eventualmente, planetas.  Crédito: NASA/JPL-Caltech

Concepto artístico del inicio del Sistema Solar, en el que la colisión de las partículas en el disco de acreción desembocó en la formación de planetesimales y, eventualmente, planetas.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Por medio de los experimentos, el equipo de investigadores fue capaz de llegar a la conclusión de que el carbono podía ser excluido del núcleo, y en su lugar concentrarse en el manto, si las aleaciones de hierro del núcleo fuesen ricas en silicio o azufre. Así que los datos les permitieron comprender cómo se distribuye el carbono entre las partes metálicas y de silicatos de los planetas terrestres y cómo cambia en función de variables como la temperatura, la presión y la cantidad de azufre o silicio presentes.

Así que con esos resultados en mente, los investigadores intentaron determinar las cantidades relativas de carbono que aparecerían bajo diferentes cantidades de azufre y silicio. Después, compararon esas concentraciones con los elementos volátiles conocidos en el manto de silicatos de la Tierra. De ahí surge ese posible escenario que explica por qué encontramos carbono en lugares en los que todo indica que no debería estar.

Una manera de explicar ese ratio de carbono y azufre es que un protoplaneta de tamaño similar a Mercurio, que ya habría formado un núcleo rico en silicio, chocó con nuestro planeta y fue absorbido. Como es un objeto masivo, el núcleo de ese protoplaneta se integró directamente en el del nuestro, y el manto rico en carbono se mezcló con el de la Tierra. Aunque en este estudio se han centrado en el carbono y el azufre, los propios investigadores dicen que será necesario mucho más trabajo para las proporciones de otros elementos volátiles pero, al menos, en cuanto a la abundancia de carbono y azufre, este escenario es el que mejor podría explicar la cantidad presente en nuestro planeta.

Ahora queda ver si la hipótesis sigue en pie cuando se comparen otros elementos, pero es imposible no preguntarse si, para que surja la vida, es necesario que se cumplan ciertos requisitos de antemano (como el choque de un protoplaneta con un manto rico en carbono) que quizá no sean demasiado habituales en el universo…

El estudio está disponible en la revista Nature.

Referencias: Astronomy Now

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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3 Respuestas

  1. Armando dice:

    Son muchas coincidencias. La distancia que hay desde el Sol, nuestra luna,la presencia de agua en estado líquido, la cantidad de carbono y otros minerales necesarios para la vida. La velocidad de rotación y traslación, esto y muchas más que ni siquiera conozco por mi falta de conocimiento en el tema. Son tantas coincidencias, que parece que no lo fueran.
    Creo, desde mi humilde opinión, que se requiere de más cantidad de fe para creer que todo lo que vemos, tanto nuestro planeta y sus maravillas, como el vasto e inimaginable tamaño del universo y sus misterios, se hayan creado de la nada, que para creer que hay un ser Sobrenatural y Omnipotente creador de todas las cosas.
    Como mencioné anteriormente, es mi opinión, igual respeto toda forma de pensar. Después de todo ningún ser humano en esta Tierra sabe la verdadera versión de los hechos de la creación, ni la comunidad científica, ni la religiosa. Vivimos en un mundo donde se proponen teorías e hipótesis, de modo, que defender a muerte cualquiera de las tantas teorías, sería ignorancia.
    Lo importante para mi es disfrutar de tanta belleza y grandeza que nos rodea, y eso sí, seguir tratando de entender todo lo que podamos, quizás algún día si logremos saber la verdad.

  2. Armando dice:

    Son muchas coincidencias. La distancia que hay desde el Sol, nuestra luna,la presencia de agua en estado líquido, la cantidad de carbono y otros minerales necesarios para la vida. La velocidad de rotación y traslación, esto y muchas más que ni siquiera conozco por mi falta de conocimiento en el tema. Son tantas coincidencias, que parece que no lo fueran.
    Creo, desde mi humilde opinión, que se requiere de más cantidad de fe para creer que todo lo que vemos, tanto nuestro planeta y sus maravillas, como el vasto e inimaginable tamaño del universo y sus misterios, se hayan creado de la nada, que para creer que hay un ser Sobrenatural y Omnipotente creador de todas las cosas.
    Como mencioné anteriormente, es mi opinión, igual respeto toda forma de pensar. Después de todo ningún ser humano en esta Tierra sabe la verdadera versión de los hechos de la creación, ni la comunidad científica, ni la religiosa. Vivimos en un mundo donde se proponen teorías e hipótesis, de modo, que defender a muerte cualquiera de las tantas teorías, sería ignorancia.
    Lo importante para mi es disfrutar de tanta belleza y grandeza que nos rodea, y eso sí, seguir tratando de entender todo lo que podamos, quizás algún día si logremos saber la verdad.

  1. 6 septiembre, 2016

    Información Bitacoras.com

    Valora en Bitacoras.com: Como seguramente sepas, todavía hay muchos aspectos del pasado de nuestro planeta para los que todavía no tenemos respuestas concretas. Ahora, puede que estemos más cerca de dar con la respuesta a una pregunta que ha tr…

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