¿Por qué la Tierra es azul?

Solo hay un planeta conocido con cuerpos permanentes de agua líquida en su superficie: el nuestro. Las ciencias de la tierra nos permiten explicar por qué la Tierra casi siempre ha sido azul: no es ni demasiado cálida ni demasiado fría. Si la Tierra fue primero roja y negra, ha sido azul durante más de cuatro mil millones de años, con raras excepciones cuando se enfrió demasiado y se convirtió en una bola de nieve blanca.

Esta increíble característica se debe a las interacciones del ciclo del agua con la tectónica de placas y el efecto invernadero, así como a la configuración del sistema solar. Hoy, la temperatura media de la superficie de la Tierra es de aproximadamente 15 °C, más fría que Venus (465 °C) y más cálida que Marte (-60 °C en promedio). En la Tierra, al nivel del mar, el agua se congela por debajo de 0 °C y hierve a 100 °C. Por lo tanto, la superficie de la Tierra se mantiene dentro de un rango de temperatura que podría parecernos grande, pero en realidad es bastante estrecho en comparación con otros planetas, y ha permanecido así durante miles de millones de años.

La temperatura promedio en la superficie de un planeta depende de la interacción de tres parámetros que pueden variar ampliamente de un planeta a otro: la energía que llega del Sol, el albedo de la superficie, es decir, cuánto refleja la radiación solar y los gases de efecto invernadero, que atrapan la radiación solar dentro de la atmósfera terrestre. Sin los gases de efecto invernadero, la superficie de la Tierra estaría a una temperatura de alrededor de -15 °C y probablemente carecería de agua líquida.

Las interacciones entre la luz solar, el albedo y los gases de efecto invernadero han mantenido un equilibrio energético bastante constante desde que aparecieron los primeros océanos en la Tierra.

Al principio de la historia de la Tierra, el joven Sol era menos brillante y nuestro planeta recibió menos energía de él. Sin embargo, los niveles de gases de efecto invernadero como el CO y el metano eran mucho más altos que los actuales, lo que mantenía las temperaturas de la superficie lo suficientemente altas como para que el agua fuera líquida.

El efecto invernadero disminuyó con el tiempo porque el CO se puede eliminar de la atmósfera mediante dos procesos. Primero, el efecto acidificante del CO disuelto en las aguas superficiales hace que las rocas se disuelvan, lo que libera calcio. El calcio se combina con el CO disuelto para formar rocas carbonatadas como la piedra caliza, uno de los principales sumideros de carbono.

El segundo sumidero es el carbono orgánico almacenado en rocas sedimentarias. Los organismos terrestres y oceánicos utilizan el CO para generar materia orgánica durante la fotosíntesis, una parte de la cual se deposita en el fondo del océano cuando los organismos mueren. Allí, la materia orgánica se incorpora a rocas sedimentarias, donde se puede almacenar durante millones de años.

Aunque los sumideros de carbono almacenan CO lejos de la atmósfera, los volcanes y las dorsales oceánicas devuelven CO a la atmósfera. Esta entrega se mantiene a través de la tectónica de placas. En escalas de tiempo largas, la tectónica de placas ayuda a mantener la temperatura de la superficie de la Tierra en el rango que permite que las aguas superficiales sean líquidas. Por tanto, la presencia de agua líquida y la tectónica de placas están íntimamente ligadas. ¿Cómo sucede eso?

El fondo del océano está compuesto por placas oceánicas. Se alejan de las dorsales oceánicas, la cadena de volcanes submarinos que atraviesa el planeta, y luego descienden hacia las profundidades de la Tierra a través de la subducción. Durante los cientos de millones de años que atraviesan los océanos, las placas oceánicas se hidratan: sus minerales incorporan agua, lo que modifica sus propiedades mecánicas. A medida que se subducen, las placas oceánicas eventualmente se deshidratan; el agua liberada eventualmente produce magmas que forman granitos, el lecho de roca de los continentes. Sin agua líquida, no habría tectónica y, por tanto, ¡no habría continentes!

Debido a este reciclaje de placas oceánicas más antiguas en el manto, constantemente se forman nuevas placas a partir del material que erupcionó en las dorsales oceánicas. A medida que este material se eleva a través del manto y llega al fondo del océano, se enfría y libera CO, lo que ayuda a mantener las concentraciones de gases de efecto invernadero. El agua permanece líquida y la Tierra permanece azul, como lo ha sido durante varios miles de millones de años. Durante mucho tiempo se ha asumido que los cuerpos celestes ricos en agua del sistema solar exterior traían agua a la Tierra recién formada. Uno de nuestro equipo publicó recientemente un estudio que cuestiona esta hipótesis y sugiere que el agua, es decir, el hidrógeno y el oxígeno, podrían haber sido traídas por las rocas que formaron la Tierra.

Cuando la Tierra se formó por primera vez hace 4.500 millones de años, probablemente estaba demasiado caliente para que el agua fuera líquida en la superficie. En cualquier caso, si hubiera habido océanos, ciertamente se habrían vaporizado con el impacto gigante entre la Tierra joven y un cuerpo planetario (probablemente tan grande como Marte), que derritió la superficie de nuestro planeta y formó la Luna hace 4.400 millones de años.

A medida que la superficie de la Tierra se enfrió y solidificó lentamente después del impacto, probablemente estaba cubierta de rocas basálticas oscuras, sin vida ni agua. Los magmas de enfriamiento liberan elementos como hidrógeno, oxígeno y carbono como moléculas que contienen gas, como agua, dióxido de carbono y / o metano. Por tanto, es posible que los primeros océanos se hayan formado relativamente rápido después del impacto. Los primeros minerales conocidos en la Tierra llevan la firma química de interacciones con agua líquida. Por tanto, la Tierra puede haber sido azul durante casi 4.400 millones de años.

La primera prueba indiscutible de océanos en la superficie de la Tierra tiene 3.800 millones de años, incluidos los sedimentos marinos más antiguos, encontrados en Isua y Akilia (Groenlandia) y Nuvvuagittuq (Canadá), y las lavas almohadilladas más antiguas, rocas de formas únicas que se forman cuando la lava se enfría bajo el agua.

Ya sea de 3,8 o 4,4 mil millones de años, la historia de los océanos está vinculada a la de la Tierra y la vida. Hoy en día, las actividades humanas están provocando que los océanos se vuelvan más ácidos y cálidos. Los océanos no desaparecerán, pero la vida en su interior está en peligro. Nuestras e misiones de CO superan las emisiones volcánicas globales en un factor de 70, poniendo en peligro el equilibrio existente entre los procesos que operan en la superficie de la Tierra y los que se encuentran en su profundidad. Nuestras sociedades dependen de ambos.