El origen del agua en nuestro planeta es una pregunta candente: el agua tiene inmensas implicaciones para la tectónica de placas, el clima, el origen de la vida en la Tierra y la habitabilidad potencial de otros planetas similares a la Tierra.
por el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología
En un estudio reciente en Physical Review Letters , un profesor de Skoltech y sus colegas chinos sugieren un compuesto químico que, aunque ahora extinto, podría haber preservado el agua en las profundidades del subsuelo en la era violenta en la que las colisiones masivas deben haber evaporado el agua de la superficie de la Tierra.
Además de ser la sustancia más importante para el origen de la vida tal como la conocemos, el agua superficial es importante para estabilizar el clima de un planeta durante largos períodos de tiempo, lo que permite que ocurra la evolución. Se sabe que incluso pequeñas cantidades de agua en las profundidades de la superficie aumentan drásticamente la plasticidad de las rocas, lo cual es esencial para la tectónica de placas , un proceso que da forma a los continentes y los océanos, y provoca terremotos y vulcanismo. Pero a pesar de su enorme importancia para la evolución de planetas rocosos como el nuestro, no sabemos dónde se originó el agua de la Tierra.
«Algunos científicos pensaron que nuestra agua fue sembrada por cometas, pero esta fuente parece ser muy limitada: la composición de isótopos del agua en los cometas es bastante diferente a la de la Tierra», dice el profesor Artem R. Oganov de Skoltech, coautor del estudio. estudio.
Si el agua no vino de arriba, debe haber venido de abajo, desde lo más profundo del manto o incluso del centro de la Tierra. Pero, ¿cómo pudo sobrevivir los violentos primeros 30 millones de años de la historia de la Tierra, cuando el planeta estaba muy caliente y era bombardeado incesantemente por asteroides e incluso sufrió una colisión catastrófica con un planeta del tamaño de Marte? Estos procesos debieron evaporar parte de la Tierra y lo que quedó se fundió al menos varios cientos de kilómetros hacia abajo, eliminando el agua. Hasta ahora, los científicos no conocían un compuesto estable que pudiera encerrar átomos de hidrógeno y oxígeno en el interior del planeta durante el tiempo suficiente y luego liberarlos en forma de agua.
Oganov se asoció con un grupo de científicos dirigido por el profesor Xiao Dong de la Universidad de Nankai, China, y juntos usaron el método de predicción de la estructura cristalina de Oganov, USPEX, para descubrir un compuesto que encaja a la perfección: el hidrosilicato de magnesio, con la fórmula Mg 2 SiO 5 H 2 , que tiene más del 11 % de agua en peso y es estable a presiones de más de 2 millones de atmósferas y a temperaturas extremadamente altas. Tales presiones existen en el núcleo de la Tierra. Pero todo el mundo sabe que el núcleo es una bola de metal, principalmente de hierro, por lo que los elementos que componen el hidrosilicato de magnesio simplemente no están disponibles allí, ¿verdad?
«Incorrecto. No había núcleo en ese momento. Al comienzo de su existencia, la Tierra tenía una composición distribuida más o menos uniformemente, y el hierro tardó aproximadamente 30 millones de años desde que se formó el planeta en filtrarse hasta su centro, empujando los silicatos hacia lo que ahora llamamos el manto», explica Oganov.
Esto significa que durante 30 millones de años, parte del agua de la Tierra se almacenó de forma segura en forma de hidrosilicatos en las profundidades del núcleo actual. Durante ese tiempo, la Tierra soportó la fase más dura del bombardeo de asteroides. Cuando se formó el núcleo, los hidrosilicatos habían sido empujados hacia áreas de menor presión, donde se volvieron inestables y se descompusieron. Esto produjo el óxido de magnesio y el silicato de magnesio que hoy forman el manto, y agua, que comenzó su viaje de 100 millones de años hacia la superficie.
«Mientras tanto, la Tierra estaba siendo azotada por asteroides e incluso por un protoplaneta, pero el agua era segura porque aún no había llegado a la superficie», agrega Oganov.
Los investigadores dicen que su estudio muestra cuán defectuosas pueden ser a veces las intuiciones humanas. Nadie había pensado en los silicatos a las presiones del núcleo, porque supuestamente los átomos constituyentes no se encontraban allí. E incluso entonces, la gente no habría esperado que un hidrosilicato fuera estable en las condiciones del núcleo, porque se creía que las temperaturas y presiones extremas «exprimían» el agua del mineral. Sin embargo, el modelado preciso basado en la mecánica cuántica demostró lo contrario.
«También es una historia sobre cómo un material que existió durante un breve momento en la escala de tiempo planetaria tuvo un impacto masivo en la evolución de la Tierra», continúa el científico de materiales. «Esto va en contra de la mentalidad geológica habitual, pero ahora que lo pienso, un biólogo evolutivo, para quien gran parte de lo que vemos hoy ha evolucionado a partir de especies ahora extintas, difícilmente se sorprendería, ¿verdad?»
La nueva hipótesis del origen del agua también tiene implicaciones para otros cuerpos celestes. «Marte, por ejemplo, es demasiado pequeño para producir las presiones necesarias para estabilizar el hidrosilicato de magnesio», dice Oganov. «Esto explica por qué es tan seco y significa que cualquier agua que exista en Marte, probablemente provenga de los cometas».
O bien, considere los planetas fuera de nuestro sistema solar. «Para ser habitable, un exoplaneta debe tener un clima estable, lo que requiere tanto continentes como océanos. Por lo tanto, debe haber agua, pero no demasiada», agrega Xiao Dong. «Hubo una estimación de que para que un planeta similar a la Tierra de cualquier tamaño sea habitable, no debería tener más del 0,2% de agua en peso. Nuestros resultados implican que para los grandes planetas similares a la Tierra, llamados ‘súper-Tierras’, el Es probable que la historia sea diferente: en tales planetas, las presiones que estabilizan el hidrosilicato de magnesio deben existir incluso fuera del núcleo , bloqueando grandes cantidades de agua indefinidamente. Como resultado, las súper-Tierras pueden tener un contenido de agua mucho mayor y aún sustentar la existencia de cuerpos expuestos. continentes».
Incluso tiene implicaciones para la magnetosfera de un planeta. «A temperaturas de más de 2000 grados centígrados, el hidrosilicato de magnesio conducirá la electricidad y los protones de hidrógeno actuarán como portadores de carga. Esto significa que nuestro hidrosilicato contribuirá a los campos magnéticos de las supertierras», explica Oganov, y agrega que la lista de consecuencias de la nueva hipótesis sigue y sigue.
