La Tierra puede haber perdido parte de la atmósfera primordial debido a los meteoritos

Durante el Eón Hadeano, hace unos 4500 millones de años, el mundo era un lugar muy diferente de lo que es hoy. Como sugiere el nombre Hades (en griego, «inframundo»), fue un período infernal para la Tierra, marcado por un intenso vulcanismo e intensos impactos meteóricos. También fue durante este tiempo que la desgasificación y la actividad volcánica produjeron la atmósfera primordial compuesta de dióxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua.

Queda poco de esta atmósfera primordial, y la evidencia geotérmica sugiere que la atmósfera de la Tierra puede haber sido borrada por completo al menos dos veces desde su formación hace más de 4 mil millones de años. Hasta hace poco, los científicos no estaban seguros de qué podría haber causado esta pérdida.

Pero un nuevo estudio del MIT, la Universidad Hebrea y Caltech indica que el intenso bombardeo de meteoritos en este período puede haber sido el responsable.

Este bombardeo meteórico habría tenido lugar aproximadamente al mismo tiempo que se formó la Luna. El intenso bombardeo de rocas espaciales habría levantado nubes de gas con la fuerza suficiente para expulsar permanentemente la atmósfera al espacio. Tales impactos también pueden haber destruido otros planetas e incluso desprendido las atmósferas de Venus y Marte.

De hecho, los investigadores encontraron que los pequeños planetesimales pueden ser mucho más efectivos que los grandes impactadores, como Theia, cuya colisión con la Tierra se cree que formó la Luna, para impulsar la pérdida atmosférica. Según sus cálculos, se necesitaría un impacto gigante para dispersar la mayor parte de la atmósfera; pero tomados en conjunto, muchos pequeños impactos tendrían el mismo efecto.

Hilke Schlichting, profesora asistente en el Departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra del MIT, dice que comprender los impulsores de la atmósfera antigua de la Tierra puede ayudar a los científicos a identificar las condiciones planetarias tempranas que alentaron la formación de vida.

“[This finding] establece una condición inicial muy diferente de cómo era probablemente la atmósfera de la Tierra primitiva”, dice Schlichting. “Nos da un nuevo punto de partida para tratar de comprender cuál era la composición de la atmósfera y cuáles eran las condiciones para el desarrollo de la vida”.

Además, el grupo examinó cuánta atmósfera se retuvo y se perdió después de los impactos con cuerpos gigantes, del tamaño de Marte y más grandes, y con impactadores más pequeños que miden 25 kilómetros o menos.

Lo que encontraron fue que una colisión con un impactador tan masivo como Marte tendría el efecto necesario de generar una onda de choque masiva a través del interior de la Tierra y potencialmente expulsar una fracción significativa de la atmósfera del planeta.

Sin embargo, los investigadores determinaron que no era probable que hubiera ocurrido tal impacto, ya que habría convertido el interior de la Tierra en una mezcla homogénea. Dada la aparición de diversos elementos observados en el interior de la Tierra, tal evento no parece haber ocurrido en el pasado.

Una serie de impactadores más pequeños, por el contrario, generaría una especie de explosión, liberando una columna de escombros y gas. El más grande de estos impactadores tendría la fuerza suficiente para expulsar todo el gas de la atmósfera inmediatamente por encima de la zona de impacto. Solo una fracción de esta atmósfera se perdería después de impactos más pequeños, pero el equipo estima que decenas de miles de pequeños impactadores podrían haberlo logrado.

Tal escenario probablemente ocurrió hace 4.500 millones de años durante el Eón Hadeano. Este período fue de caos galáctico, ya que cientos de miles de rocas espaciales giraron alrededor del sistema solar y se cree que muchas colisionaron con la Tierra.

«Por supuesto, teníamos todos estos impactadores más pequeños en ese entonces», dice Schlichting. «Un pequeño impacto no puede deshacerse de la mayor parte de la atmósfera, pero en conjunto, son mucho más eficientes que los impactos gigantes y podrían expulsar fácilmente toda la atmósfera de la Tierra».

Sin embargo, Schlichting y su equipo se dieron cuenta de que el efecto de la suma de pequeños impactos puede ser demasiado eficiente para provocar la pérdida atmosférica. Otros científicos han medido la composición atmosférica de la Tierra en comparación con Venus y Marte; y en comparación con Venus, los gases nobles de la Tierra se han agotado 100 veces. Si estos planetas hubieran estado expuestos al mismo bombardeo de pequeños impactos en su historia temprana, Venus no tendría atmósfera hoy.

Ella y sus colegas volvieron sobre el escenario del pequeño impacto para tratar de explicar esta diferencia en las atmósferas planetarias. Con base en cálculos adicionales, el equipo identificó un efecto interesante: una vez que se ha perdido la mitad de la atmósfera de un planeta, se vuelve mucho más fácil para los pequeños impactadores expulsar el resto del gas.

Los investigadores calcularon que la atmósfera de Venus solo tendría que comenzar siendo un poco más masiva que la de la Tierra para que los pequeños impactadores erosionen la primera mitad de la atmósfera de la Tierra, manteniendo intacta la de Venus. A partir de ese momento, Schlichting describe el fenómeno como un «proceso descontrolado: una vez que logras deshacerte de la primera mitad, la segunda mitad es aún más fácil».

Esto dio lugar a otra pregunta importante: ¿Qué reemplazó finalmente a la atmósfera de la Tierra? Tras cálculos adicionales, Schlichting y su equipo encontraron que los mismos impactadores que expulsaron gas también pueden haber introducido nuevos gases o volátiles.

“Cuando ocurre un impacto, derrite el planetesimal y sus volátiles pueden ir a la atmósfera”, dice Schlichting. “No solo pueden agotar, sino también reponer parte de la atmósfera”.

El grupo calculó la cantidad de volátiles que puede liberar una roca de una determinada composición y masa, y descubrió que una parte significativa de la atmósfera puede haber sido repuesta por el impacto de decenas de miles de rocas espaciales.

“Nuestros números son realistas, dado lo que sabemos sobre el contenido volátil de las diferentes rocas que tenemos”, señala Schlichting.

Jay Melosh, profesor de ciencias terrestres, atmosféricas y planetarias en la Universidad de Purdue, dice que la conclusión de Schlichting es sorprendente, ya que la mayoría de los científicos han asumido que la atmósfera de la Tierra fue destruida por un solo impacto gigante. Otras teorías, dice, invocan un fuerte flujo de radiación ultravioleta del sol, así como un «viento solar inusualmente activo».

“Cómo la Tierra perdió su atmósfera primordial ha sido un problema de larga data, y este documento contribuye en gran medida a resolver este enigma”, dice Melosh, quien no contribuyó a la investigación. «La vida comenzó en la Tierra en este momento, por lo que responder a la pregunta sobre cómo se perdió la atmósfera nos dice qué podría haber iniciado el origen de la vida».

En el futuro, Schlichting espera examinar más de cerca las condiciones subyacentes a la formación temprana de la Tierra, incluida la interacción entre la liberación de volátiles de pequeños impactadores y del antiguo océano de magma de la Tierra.

“Queremos conectar estos procesos geofísicos para determinar cuál era la composición más probable de la atmósfera en el momento cero, cuando la Tierra se acababa de formar, y con suerte identificar las condiciones para la evolución de la vida”, dice Schlichting.

Schlichting y sus colegas publicaron sus resultados en la edición de febrero de la revista. Ícaro.

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