El 17 de enero de 2001 los científicos están dibujando un retrato de cómo era la Tierra poco después de que se formara hace 4.560 millones de años, basándose en pistas dentro de los granos minerales más antiguos jamás encontrados.
Los diminutos circones (cristales de silicato de circonio) encontrados en antiguos depósitos de arroyos indican que la Tierra desarrolló continentes y agua -quizás incluso océanos y entornos en los que pudo surgir la vida microbiana- hace entre 4.300 y 4.400 millones de años, notablemente poco después de que se formara nuestro planeta.
Abajo: Dónde encajan los zircones recién descubiertos en la historia de la Tierra. Imagen de Dan Brennan.
Los hallazgos de dos grupos de investigación, uno en Australia y otro en Estados Unidos, sugieren que «el agua líquida se estabiliza pronto en los planetas de tipo terrestre», dijo el geólogo Stephen Mojzsis, miembro del equipo del Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Colorado, Boulder. «Esto aumenta la probabilidad de encontrar vida en otros lugares del universo», ya que las condiciones propicias para la vida pueden desarrollarse evidentemente más rápido y más fácilmente de lo que se pensaba.
También «nos da una nueva visión de la Tierra primitiva, donde la Tierra se enfrió rápidamente» después de que el gas y el polvo del sistema solar recién nacido se fusionaran para formar planetas, dijo el geólogo William Peck, de la Universidad Colgate en Hamilton, Nueva York. «Hasta hace unos 3.900 millones de años, los enjambres de cometas y meteoritos golpearon la joven Tierra con la suficiente frecuencia como para vaporizar ocasionalmente las zonas superficiales de los océanos y borrar cualquier tipo de vida que allí residiera. Las primeras pruebas conocidas de vida microbiana en la Tierra proceden de los patrones de isótopos de carbono investigados por Mojzsis y sus colegas en sedimentos de Groenlandia de hace 3.850 millones de años.
Ahora, los circones de Australia Occidental demuestran que los continentes y el agua existían hace entre 4.300 y 4.400 millones de años. «La vida podría haber tenido la oportunidad de empezar 400 millones de años antes de lo que se había documentado anteriormente», dijo Mojzsis.
«La vida podría haber surgido muchas veces, sólo para ser aplastada, y sólo se afianza una vez que los meteoritos disminuyen», añadió Peck.
Mojzsis y Peck pertenecen a equipos de investigación distintos, uno que encontró un circón de 4.400 millones de años en 1999 y otro equipo que desenterró un par de circones de 4.300 millones de años el año pasado en la misma zona de la formación rocosa Jack Hills de Australia Occidental. Ambos grupos publicaron sus estudios en el número del 11 de enero de 2001 de la revista británica Nature.
El circón de 4.400 millones de años es «nuestro primer registro de la corteza más antigua» de la Tierra, dijo Peck. Ese circón y los granos de circón ligeramente más jóvenes miden aproximadamente 250 micras de ancho, menos de una centésima de pulgada.
«Estos circones han pasado realmente por el aro», dijo Peck.
Izquierda: La región de Jack Hills en Australia Occidental, donde se descubrieron los circones. Foto de Simon Wilde.
Su historia comenzó en algún momento después de la formación de la Tierra, cuando «el agua líquida interactuó con las rocas», dijo. Esa interacción puede producirse de tres maneras: cuando el agua se intercambia con los minerales de las rocas, cuando los cristales crecen a partir de la solución del agua subterránea o cuando se depositan las vetas minerales. La exposición al agua aumentó la proporción normalmente baja del isótopo poco común oxígeno-18 con respecto al isótopo más común oxígeno-16, dijo.
Más tarde, las rocas se fundieron bajo tierra -o quizás durante un bombardeo de meteoritos- y los circones se formaron como cristales dentro del granito fundido que se estaba enfriando para formar una roca sólida.
El granito cargado de circones acabó siendo empujado hacia arriba para formar montañas, que posteriormente se erosionaron. El granito desapareció, pero los circones acabaron descansando hace 3.000 millones de años en sedimentos arenosos de arroyos australianos. Estos sedimentos se endurecieron más tarde en rocas que posteriormente fueron alteradas por el calor y la presión.
Ambos equipos de investigación utilizaron instrumentos llamados microsondas de iones para datar y analizar los cristales de circón, que a menudo contienen uranio, elementos de tierras raras y otras impurezas. El uranio se descompone en plomo a una velocidad conocida. Las proporciones de uranio-plomo en los circones mostraron que se formaron hace entre 4.400 y 4.300 millones de años, cuando cristalizaron en granito fundido.
Abajo: Vista microscópica de un cristal de circón (silicato de circonio) cuya antigüedad se ha determinado en 4.400 millones de años. Foto de John W. Valley
La corteza continental es diferente a la que subyace en los océanos. El granito es una roca común en los continentes. Y los circones cristalizan comúnmente en el granito.
Así que los circones indican que el granito estaba presente hace entre 4.300 y 4.400 millones de años, mientras que el granito significa que los continentes existían en esa época. No se ha encontrado roca granítica tan antigua; toda ella ha sido posteriormente erosionada o reciclada de otro modo. Los circones antiguos son vestigios supervivientes del granito de la corteza terrestre de los primeros años de la Tierra.
«El hecho de tener un circón de 4,4 mil millones de años de antigüedad procedente del granito sugiere que tuvo que existir la roca de la corteza continental», dijo el geólogo Sam Bowring, del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
El análisis con microsonda de iones de los elementos de tierras raras dentro de los cristales de circón también encontró niveles típicos de las rocas continentales, dijo Peck.
La presencia de agua en la joven Tierra se confirmó cuando ambos grupos analizaron los circones en busca de isótopos de oxígeno y encontraron la firma reveladora de las rocas que han sido tocadas por el agua: una elevada proporción de oxígeno-18 a oxígeno-16.
Como resultado, «sabemos que hubo agua líquida en algún momento antes de hace 4.400 millones de años», dijo Peck. El agua líquida tuvo que acumularse en algún lugar, planteando la posibilidad de que hubiera océanos, añadió.
Dijo que también es probable que existieran océanos porque «para hacer continentes, se necesita tener agua».
Peck dijo que antes de que hubiera océanos, las placas gigantes de la corteza terrestre ya podrían haber empezado a moverse y a chocar entre sí, haciendo que grandes bloques de roca se hundieran hacia abajo en un proceso llamado subducción. Sin océanos, esa roca no podría haberse fundido para formar rocas continentales como el granito, dijo.
Abajo: Afloramiento del tipo de roca donde se descubrieron los circones. El martillo muestra la escala. Foto de Simon Wilde.
Sin embargo, una vez que hubo océanos, el agua de mar habría reaccionado con la lava que entraba en erupción desde los volcanes submarinos en las dorsales oceánicas y la habría hidratado. La lava se habría enfriado y formado un nuevo fondo marino, que posteriormente se subducería. El agua atrapada en los minerales de la roca que se hundía redujo su punto de fusión, desencadenando erupciones volcánicas que probablemente produjeron cadenas de islas formadas por rocas graníticas. Se cree que estos «arcos insulares» acabaron agrupándose para formar continentes.
«Los océanos, la atmósfera y los continentes estaban en su sitio hace 4.300 millones de años», dijo Mojzsis.
Según Peck, los primeros océanos podrían haberse formado a partir del agua traída a la Tierra por cometas o haber sido emitida durante las primeras erupciones volcánicas de lo que se convirtió en dorsales oceánicas medias.
Los circones sugieren que la vida podría haber existido en la Tierra hace 4.300 millones de años, dijo Mojzsis, porque estaban presentes tres factores clave necesarios para que la vida se afianzara: energía, material orgánico (procedente de cometas entrantes y reacciones atmosféricas) y -según los circones- agua líquida.
Créditos: El descubrimiento del circón de 4.400 millones de años de antigüedad fue comunicado por Peck, Simon Wilde del Instituto Tecnológico Curtin de Australia; John Valley de la Universidad de Wisconsin, Madison; y Colin Graham de la Universidad de Edimburgo en el Reino Unido. Wilde encontró el grano de 4.400 millones de años en 1999 mientras databa los circones de una roca recogida en 1984, dijo Peck. Mojzsis y sus colegas dicen que el año pasado encontraron un par de circones de 4.300 millones de años en la misma zona de la formación rocosa Jack Hills de Australia Occidental. Mojzsis trabajó con el geoquímico Mark Harrison, de la Universidad de California en Los Ángeles, y con Robert Pidgeon, del Instituto Tecnológico Curtin.