¿Cómo obtuvo la Tierra su agua?

Tierra, el planeta del agua. Imagen vía NASA.


La Tierra es rica en agua, y lo ha sido durante unos pocos miles de millones de años, pero los científicos todavía están debatiendo de dónde vino todo ese líquido que sustenta la vida. Se pensaba que al menos parte de ella había sido traída aquí por cometas o asteroides, pero esa idea aún no explica cómomuchoel agua terminó en la superficie de la Tierra y también en las profundidades. Ahora, un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), dirigido porPeter Buseck, ha llegado con unnueva propuesta. El nuevorevisado por paresel papel erapublicadoen elJournal of Geophysical Research: planetasel 9 de octubre de 2018.

La nueva investigación sugiere que el agua de la Tierra provino deambosmaterial rocoso, como asteroides,yde la vasta nube de polvo y gas que queda después de la formación del sol, llamada elsolar nebula.


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El agua del océano de la Tierra es similar a la que se encuentra en los asteroides. Esa es una de las razones por las que los científicos han pensado durante mucho tiempo que la mayor parte del agua terrestre provenía de un bombardeo de asteroides en los días del sistema solar temprano. La relación dedeuterio- un hidrógeno más pesadoisótopo- al hidrógeno normal es una firma química única en varias fuentes de agua. En el caso de los océanos de la Tierra, la relación deuterio-hidrógeno es cercana a la que se encuentra en los asteroides. Pero,según Steven Desch, también en ASU y uno de los miembros del equipo:

Es un punto ciego en la comunidad. Cuando las personas miden la relación [deuterio-hidrógeno] en el agua del océano y ven que se acerca bastante a lo que vemos en los asteroides, siempre fue fácil creer que todo provenía de los asteroides.

Parte del primer agua de la Tierra provino de embriones planetarios en colisión que contenían agua de asteroides. Imagen a través de J. Wu / S. Desch / ASU.




Jun Wu |en ASU es el autor principal del estudio. Añadió:

La nebulosa solar ha recibido la menor atención entre las teorías existentes, aunque fue el depósito predominante de hidrógeno en nuestro sistema solar temprano.

El hidrógeno en los océanos de la Tierrapuede no representar el hidrógenoen todo el planeta, sin embargo. Las muestras de hidrógeno de las profundidades de la Tierra, cerca del límite entre el núcleo y el manto, tienen notablemente menos deuterio, lo que indica que este hidrógeno puedenohan venido de asteroides, después de todo. losGases noblesTambién se han encontrado en el manto de la Tierra helio y neón, con firmas isotópicas heredadas de la nebulosa solar.

¿Cómo explicar estas diferencias? Los investigadores necesitaban desarrollar un nuevo modelo teórico de la formación de la Tierra para responder a esa pregunta. Según el modelo, la Tierra era la más grande de muchasembriones planetarios- aliasprotoplanetas- en el sistema solar temprano.


Esencialmente, su modelo muestra grandes asteroides anegados que eventualmente se forman en planetas como la Tierra a través de colisiones.

Se cree que gran parte del agua de la Tierra proviene de asteroides que impactaron al planeta al principio de su historia. Imagen vía NASA /Don Davis.

La superficie de la Tierra muy joven fue inicialmente un océano de magma. El hidrógeno y los gases nobles de la nebulosa solar fueron atraídos hacia el embrión planetario, formando la primera atmósfera. El hidrógeno nebular, que contiene menos deuterio y es más ligero que el hidrógeno de los asteroides, se disuelve en el hierro fundido del océano de magma.

Luego, el hidrógeno fue atraído hacia el centro de la Tierra, un proceso llamadofraccionamiento isotópico. El hidrógeno se entregó al núcleo a través de su atracción por el hierro, mientras que gran parte del isótopo más pesado, el deuterio, permaneció en el magma que finalmente se enfrió para formar el manto. Los impactos de embriones planetarios más pequeños y otros objetos continuaron agregando agua y masa adicionales hasta que la Tierra alcanzó su tamaño final.


El resultado final fue que la Tierra habíaGases noblesprofundo en su interior, con una menor proporción de deuterio-hidrógeno en su núcleo que en su manto y océanos. La mayor parte del agua de la Tierrahizoprovienen de asteroides, pero algunos también provienen de la nebulosa solar. Como señaló Wu:

Por cada 100 moléculas de agua de la Tierra, hay una o dos procedentes de la nebulosa solar.

El concepto artístico de la nebulosa solar, un disco gigante de gas y polvo, que rodeaba al joven sol al principio de la historia del sistema solar. Ahora se cree que parte del agua de la Tierra también proviene de aquí. Imagen vía ESO / L. Calçada.

Entonces, ¿qué pasa con los cometas, ya que tienen tanto hielo de agua en ellos? Según Desch:

Los cometas contienen muchos hielos y, en teoría, podrían haber suministrado algo de agua. Pero hay otra forma de pensar sobre las fuentes de agua en los días de formación del sistema solar. Debido a que el agua es hidrógeno más oxígeno y el oxígeno es abundante, cualquier fuente de hidrógeno podría haber servido como origen del agua de la Tierra.

Además, los cometas tienen proporciones más altas de deuterio a hidrógeno (D / H), por lo que en realidad no son buenas fuentes de agua de la Tierra. La relación D / H del gas hidrógeno en la nebulosa solar era de solo 21ppm, demasiado bajo para haber suministrado la mayor parte del agua de la Tierra. Los asteroides son una combinación mucho mejor, junto con la nebulosa solar.

Los resultados del nuevo estudio también podrían tener implicaciones para los exoplanetas rocosos que orbitan otras estrellas, como la súper Tierra Wolf 1061c en la imagen conceptual de este artista. Muchos de ellos podrían tener agua en abundancia, al igual que la Tierra. Imagen vía NASA / Ames / JPL-Caltech.

Finalmente, los nuevos resultados tienen implicaciones para rockyexoplanetasorbitando otras estrellas. Se han descubierto muchos de esos mundos, y si existe una mayor posibilidad de que algunos de ellos también tengan agua líquida, eso también aumenta las posibilidades de que esos planetas sean habitables. Según los investigadores:

Nuestros resultados sugieren que la formación de agua es probablemente inevitable en planetas rocosos suficientemente grandes en sistemas extrasolares.

En pocas palabras: el origen del agua de la Tierra se ha debatido durante mucho tiempo, pero este nuevo estudio apunta a una fuente, la nebulosa solar, o nube de gas y polvo que queda después de la formación del sol, que anteriormente se había pasado por alto en su mayoría. El nuevo trabajo, basado en modelos informáticos, puede tener implicaciones para los mundos rocosos que orbitan estrellas distantes.

Fuente: Origen del agua de la Tierra: herencia condrítica más desgasificación nebular y almacenamiento de hidrógeno en el núcleo

A través de la Universidad Estatal de Arizona