¿Cómo se formó la Tierra y cuándo apareció la vida?

por 3 Ago, 2020

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La Tierra vista desde el espacio. Foto: Reuters

La Tierra, nuestro hogar, es ideal para nosotros. Tiene en abundancia todos los recursos que necesitamos para vivir: un suelo sólido, agua dulce, oxígeno, una magnetósfera que protege nuestra atmósfera (y a nosotros) de la radiación solar, entre tantas otras cosas de las que dependen todas las civilizaciones humanas. Sin embargo, nuestro pequeño y pálido punto azul en el espacio no siempre fue así. Muchos sucesos y millones de años fueron necesarios para que desarrolle las condiciones que hoy tiene y que permiten la vida. Pero ¿cómo fue este proceso? Aun más, ¿cuándo apareció la vida en nuestro planeta? A continuación, te lo contamos.

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Resumen
  • La Tierra y los demás planetas de nuestro sistema solar se formaron a raíz de la nebulosa solar, un conjunto de gas y polvo que giraba alrededor del Sol.
  • Tuvieron que pasar miles de millones de años para que la Tierra desarrolle las condiciones que la hacen habitable para los seres humanos y otros mamíferos superiores.
  • Tenemos evidencia de la existencia de seres vivos en la Tierra en el eón Arcaico, pero eran muy distintos a nosotros, ya que había muy poco oxígeno en la atmósfera.
  • Los primeros organismos productores de oxígeno posiblemente aparecieron hace 3.5 mil millones de años. Sin embargo, debido a materiales que lo atrapaban, tardó cerca de 3 mil millones de años más para que la atmósfera alcance los niveles actuales de oxígeno.
La historia en las rocas: el calendario geológico de la Tierra

Nuestro planeta tiene muchísimos años. De hecho, han transcurrido un aproximado de 4.6 mil millones de años desde que empezó su formación. A lo largo de su historia, la Tierra ha sufrido muchísimos cambios cuyas huellas podemos observar en las rocas. A estas huellas las llamamos estratos, que no son nada más que capas en las rocas del planeta, como vemos en la imagen abajo.

(Gran Cañón de los Estados Unidos. Foto: Wikimedia Commons)

Estudiando las capas en las rocas de diferentes partes del mundo, así como los fósiles contenidos en ellas, podemos hacer un calendario de los eventos que sucedieron en la Tierra. Podemos dividir la historia del planeta que habitamos en diferentes eones, eras, periodos, épocas y años. Los eones son los lapsos de tiempo más grandes, seguidos por las eras, los periodos y así sucesivamente.

El calendario geológico empieza en el eón Hádico, hace 4.6 mil millones de años, y se extiende hasta nuestros días. En la imagen de abajo podemos ver este calendario con las distintas subdivisiones en eones, eras y épocas. Actualmente vivimos el periodo Cuaternario, que empezó hace más de 2.5 millones de años.

¿Cómo se formó la Tierra?

Como señalamos en la pestaña anterior, la historia de la Tierra empezó en el eón Hádico, hace aproximadamente 4.6 mil millones de años, cuando inició su proceso de formación. Pero ¿cómo se formó nuestro planeta? En esta sección, te contaremos los hechos más relevantes que ocurrieron en este eón: la etapa inicial de nuestro hogar.

Como explica la NASA, la Tierra se empezó a formar cuando la gravedad empezó a juntar gas y polvo del espacio. Sin embargo, aún no es del todo claro cómo sucedió este proceso. Como explica Nola Taylor Redd, astrofísica del Agnes Scott College, actualmente hay dos teorías principales para explicar cómo se formaron los planetas.

La primera se llama acreción del núcleo y es la teoría más aceptada. Esta funciona muy bien para explicar la formación de planetas como la Tierra, pero tiene problemas para explicar la formación de planetas gigantes como Júpiter. Para estos, se acomoda más la segunda teoría, llamada inestabilidad de disco. A continuación, explicaremos la teoría de acreción del núcleo, pues es la preferida por los científicos para explicar la formación de nuestro planeta.

Según Taylor Redd, hace aproximadamente 4.6 mil millones de años el sistema solar era solo una nube de gas y polvo llamada nebulosa solar. La gravedad de esta nube hizo que colapse sobre sí misma (se aglomere sobre sí) y empiece a girar, formándose el Sol en el centro de la nebulosa.

(Representación artística del gas y polvo que rodean a un sistema planetario recién formado. Imagen: NASA)

Al formarse el Sol, que concentró el 99.8% de toda la masa del sistema solar, lo que quedaba del material de la nebulosa empezó a juntarse: pequeñas partículas de gas y polvo se juntaron por la gravedad haciendo partículas más grandes en diferentes lugares. El viento solar expulsó de la vecindad del Sol a los elementos livianos como el hidrógeno y el helio, dejando solo materiales pesados y rocosos que formarían los planetas terrestres: la Tierra, Venus, Marte y Mercurio. En las zonas más lejanas, donde el viento solar no tenía tanto impacto, se formarían los gigantes gaseosos: Urano, Júpiter, Neptuno y Saturno.

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En el caso de nuestro planeta, como explica Taylor Redd, se formó primero el núcleo cuando diferentes elementos fueron colisionando y fusionándose. Durante este proceso, los materiales más pesados se hundieron al centro, mientras que los más livianos ascendieron y pasaron a formar posteriormente la corteza. En este primer eón se formó el campo magnético de la Tierra, el cual protege nuestra atmósfera del viento solar.

El eón Hádico recibió su nombre en honor al dios griego del inframundo, Hades, debido a las condiciones del planeta en ese tiempo. Este no solo tenía una intensa actividad volcánica, sino que era constantemente bombardeado por asteroides y cometas (que eran más comunes por ese entonces). De hecho, se piensa que hace aproximadamente 4.5 mil millones de años un cuerpo del tamaño de Marte llamado Theia chocó con nuestro planeta. El impacto fue tan grande que un pedazo de la Tierra se desprendió y empezó a orbitarla; ahora lo conocemos como la Luna.

(Theia impactando la Tierra. Imagen: NASA/JPL-Caltech)

Después de esto, nuestro planeta quedó como una bola de magma caliente. Luego, factores como los gases expulsados por la actividad volcánica formaron la atmósfera primigenia del planeta. Esta, además, contenía agua condensada que fue aumentando por los cometas que impactaban nuestro planeta. ¿Por qué el choque de los cometas incrementaba la cantidad de agua condensada? Porque estos se componen principalmente de agua congelada y, al impactar en la Tierra, trajeron este elemento tan importante para la vida.

Si bien en el eón Hádico ya había océanos, atmósfera y tierra firme, nuestro planeta aún no estaba listo para albergar seres vivos como nosotros. Hacía falta un elemento esencial: el oxígeno, el cual se empezaría a formar en los siguientes eones.

¿Qué fue el eón Arcaico? ¿Cuándo se originó la vida?

El eón Hádico terminó hace aproximadamente 4 mil millones de años con el inicio del eón Arcaico. Así como el nombre Hádico proviene de una palabra griega, el nombre de este eón viene de otra palabra griega que significa comienzo u origen. El Arcaico recibe su nombre debido a que, durante este momento, la Tierra se enfrió lo suficiente como para que las primeras formas de vida pudieran existir y evolucionar.

(Representación artística de la Tierra durante el eón Arcaico. Imagen: Tim Bertelink)

Por supuesto, no se trata de formas de vida como los dinosaurios o como nosotros: la mayoría de las formas de vida actuales no hubieran podido sobrevivir en la atmósfera arcaica. En aquel tiempo, la Tierra no solo no tenía una capa de ozono, sino que prácticamente no había oxígeno en la atmósfera. A pesar de esto, según el Museo Nacional Smithsoniano de Historia Natural de los Estados Unidos y la Enciclopedia Británica, en este eón se desarrollaron células vivas que no necesitaban oxígeno. Británica afirma que fue durante este tiempo que apareció por primera vez la vida en la Tierra.

En su libro «The Origin and Evolution of Our Solar System«, publicado por la Editorial de la Universidad de Princeton, John Chambers y Jacqueline Mitton señalan que, aunque no se sabe con certeza cuándo apareció el primer ser vivo en el planeta, existe evidencia sustancial de que la vida primitiva estaba establecida en el eón Arcaico.

Otro dato que brindan Chambers y Mitton y que puede resultar sorprendente es que todos los organismos vivos en la Tierra comparten ciertas características comunes. Por ejemplo, todos estamos hechos de proteínas compuestas por los mismos 20 aminoácidos. Esto sugiere que todos los seres vivos que conocemos, desde las hormigas hasta nosotros mismos, pasando por las ballenas, los extintos mamuts, las plantas y las bacterias, provenimos del mismo ancestro común que vivió hace miles de millones de años, quizás en el eón Arcaico.

Ahora bien, en este eón todavía había una gran actividad volcánica, pero también hubo una gran cantidad de ríos y océanos. Asimismo, durante el Arcaico, las primeras placas continentales de nuestro planeta aparecieron. De hecho, los continentes actuales se han formado alrededor de los vestigios de estos primeros continentes. Cabe resaltar que, a medida que ha pasado el tiempo, la superficie de la Tierra ha cambiado: continentes se han formado y roto. Algunas veces todos ellos han formado un gran continente como Pangea o Rodinia. Lo cierto es que la forma de los continentes ha ido cambiando a lo largo del tiempo.

Por otro lado, según Becky Oskin, geóloga de Caltech, hace 3.5 mil millones de años, a mediados del eón Arcaico, apareció por primera vez oxígeno proveniente de la fotosíntesis. Sin embargo, la atmósfera aún tendría una concentración bastante baja de oxígeno hasta recién hace 2.4 mil millones de años, a finales de este eón. Pero ¿cómo así se llenó de oxígeno nuestra atmósfera? Te lo contamos en la siguiente sección.

¿Cómo se llenó de oxígeno la atmósfera?

Otro de los componentes indispensables para la vida es la atmósfera. Sin embargo, la composición de la atmósfera terrestre ha cambiado con el tiempo. De hecho, cuando nuestro planeta se comenzó a formar, tuvo una primera atmósfera que, según algunos científicos, se habría perdido debido al viento solar. Tiempo después, al aparecer nuestro campo magnético, pudo crearse una segunda atmósfera protegida por este durante el eón Arcaico.

Según la Enciclopedia Británica, la atmósfera secundaria de la Tierra, que probablemente se generó por la actividad volcánica del planeta, era muy distinta a la actual. Hoy, nuestra atmósfera está compuesta principalmente por nitrógeno, luego por oxígeno y argón. Asimismo, contiene otros elementos como dióxido de carbono, monóxido de carbono y neón, pero en concentraciones menores al 1%. La concentración del agua en nuestra atmósfera actual varía dependiendo de la zona: desde el 0% hasta el 4%.

En contraste, la temprana atmósfera secundaria del planeta estaba compuesta principalmente por monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de agua y metano. De acuerdo con Enciclopedia Británica, esta atmósfera no contenía oxígeno porque los gases volcánicos no tienen este compuesto. Debido a esto, incluso si tuviésemos una máquina del tiempo para viajar al eón Arcaico, tendríamos que ir con trajes especiales que nos permitan respirar. ¿Cómo se llenó entonces de oxígeno el planeta? Según Británica, esto sucedió por dos posibles procesos: por la radiación ultravioleta del Sol y por fotosíntesis.

En cuanto al primer proceso, Británica explica que la energía ultravioleta proveniente del Sol rompió las moléculas del agua en hidrógeno y oxígeno. Vayamos por partes.

Los rayos ultravioleta son un tipo de radiación que expulsa el Sol. De hecho, este tipo de radiación es la causante de que nos quememos la piel cuando vamos a la playa e incluso puede contribuir a que desarrollemos enfermedades mortales como el cáncer. Si quieres saber más sobre la radiación ultravioleta, puedes leer este informe.

Por otro lado, las moléculas de agua (ya sea líquida o sólida) están formadas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, de allí que se les denomine H2O. Ahora, cuando las moléculas de H2O se exponen a los rayos ultravioleta, se rompen y como resultado nos quedan dos cosas: por un lado, un hidrógeno y, por el otro, un hidróxido (un átomo de hidrógeno combinado con uno de oxígeno). Luego, el hidróxido puede romperse nuevamente por los rayos ultravioleta en un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno. Así, los rayos ultravioleta, al interactuar con el agua, habrían llenado de oxígeno nuestra atmósfera.

El otro proceso que causó la presencia de oxígeno en el planeta fue la fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas y otros organismos transforman la luz solar en la energía que necesitan para sobrevivir. Ahora bien, en el periodo Arcaico no existían las plantas. Sin embargo, tenemos evidencia de que hace 3.5 mil millones de años había organismos primitivos llamados cianobacterias, los cuales son capaces de realizar este proceso. Si bien la evidencia de su existencia en este periodo no es contundente, tenemos mayor evidencia de que sí había cianobacterias hace 2.8 mil millones de años.

Estos organismos, explica la Enciclopedia Británica, pueden usar el dióxido de carbono y el agua a través de la fotosíntesis para producir carbohidratos. A su vez, estos carbohidratos son usados para hacer que el organismo crezca, se repare o cumpla otras funciones vitales. Adicionalmente, como desecho de este proceso se libera oxígeno.

Sin embargo, Británica afirma que es necesario separar dos eventos con respecto al oxígeno: el momento en que se empezó a producir y el momento en el que se empezó a acumular. Estos eventos, nos dice, estuvieron separados por millones de años. ¿Por qué?

La razón es que durante el eón Arcaico había potentes captadores de oxígeno: materiales que reaccionaban con este y que no permitían su acumulación en la atmósfera, como el hierro ferroso y compuestos orgánicos que actualmente están ausentes. Tuvo que pasar mucho tiempo para que estos compuestos desaparecieran y el oxígeno se pueda ir acumulando. Por ejemplo, análisis geológicos muestran que hace 2.2 mil millones de años, en el eón Proterozoico (el siguiente al Arcaico), la atmósfera terrestre recién tenía una concentración de oxígeno 100 veces menor a la actual.

Tuvieron que pasar miles de millones de años para que las grandes formas de vida evolucionadas aparezcan. Los primeros fósiles de células eucariotas, un tipo de célula que requiere oxígeno (nuestro cuerpo está formado por este tipo de células), recién aparecieron hace 1.4 mil millones de años. Por otro lado, los primeros organismos blandos, como medusas y gusanos, recién aparecieron hace 650 millones de años, cuando el oxígeno era 10 veces menor al actual. Si bien hace 400 millones de años el nivel del oxígeno era igual al actual, nosotros, los homo sapiens, apenas llevamos 300 mil años sobre la Tierra. Es decir, apenas el 0.007% de la existencia de nuestro planeta.

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Equipo de Investigación

Área de investigación de Enterarse.com

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