El Origen de la Corteza Terrestre

En todo sistema cerrado la tendencia natural de la materia es el desorden.

Esto es algo que observamos continuamente, si dejamos una manzana sobre la mesa de la cocina en una cabaña en el campo, al cabo de algunas semanas no quedará rastro de ella. Al cabo de algunas décadas la mesa estará destrozada y sus restos serán alimento de bacterias e insectos. Al cabo de algunos siglos, apenas quedarán rastros de la cabaña, que habrá sido invadida por la naturaleza en cualquiera de sus formas. Al cabo de algunos miles de años, incluso las partes metálicas de la cabaña, los clavos, etc. estarán cubiertos de herrumbre que las lluvias disolverán hasta que no quede ni rastro de que alguna vez allí hubiera habido algo distinto a una selva, bosque, pradera o desierto.

A escala molecular ocurre lo mismo: donde hay moléculas complejas tarde o temprano estas moléculas se desorganizan, se parten en componentes más pequeños, donde había vida, ésta muere, donde había organización ésta desaparece.

Esto es lo que ocurre en los sistemas cerrados. Afortunadamente la Tierra no es un sistema cerrado.

Debido a que no es un sistema cerrado la superficie terrestre ha sido bombardeada durante millones de años por millones de meteoritos que han aumentado su tamaño al mismo tiempo que su caída producía suficiente calor como para que grandes zonas del planeta se fundiesen.

Este calor ha ocasionado que los elementos constitutivos del planeta se combinasen entre sí para formar los compuestos y aleaciones, sulfuros y silicatos que conforman las capas internas de nuestro planeta.

Y al mismo tiempo los elementos radioactivos que se incorporaron a su masa han contribuido a calentar aún más el interior del planeta, hasta el punto de que la mayor parte, desde el núcleo hasta unos cincuenta kilómetros de distancia bajo nuestros pies, se encuentra fundido en forma de lava.

De una estructura caótica que había al principio, los compuestos que tenían un punto de fusión similar se separaron del resto de la masa terrestre para formar vetas de minerales más o menos homogéneos. Sometida a sucesivos procesos de fusión y enfriamiento, presión y compresión, acreción y convección, cada uno de estos procesos empujaba determinados elementos en ciertas direcciones hasta conseguir que de aquel caos inicial surgiera una cierta estructura.

La estructura que todos estos procesos nos han dejado es la de un planeta dividido en capas.

En la capa más interior hay un núcleo con los elementos más pesados, siendo los más abundantes el hierro y el níquel.

A continuación un manto de silicatos a temperatura de fusión.

Por encima de este manto la atmósfera primigenia.

Conforme iban quedando cada vez menos fragmentos sólidos en la nebulosa solar, disminuyó el bombardeo de meteoritos, de ahí que la capa externa del manto en contacto con la atmósfera comenzara a enfriarse y en ella, algunos compuestos con una temperatura de fusión elevada y baja densidad formasen los primeros cratones, trozos de roca sólida flotando sobre un mar de magma que cubría el resto del planeta.

Dichos cratones fueron aumentando de tamaño y en su deriva colisionaban con otros cratones fusionándose o rebotando en ellos, arrastrados siempre por las corrientes de magma sobre las que flotaban.

Así se formaron los primeros continentes.

Con el tiempo, al enfriarse aún más el planeta, la corteza llegó a solidificarse por completo, pero aunque los continentes llegaron a tener un espesor de más de veinte kilómetros, el resto de la corteza, enfriada mucho más tarde, apenas tenía cuatro o cinco Km de espesor.

Con una masa muy superior, y sobresaliendo, tanto por encima de la superficie hacia la atmósfera, como hacia el interior del planeta a través del manto, las corrientes del magma empujaban a dichos continentes haciéndoles derivar. En los lugares donde los continentes chocaban con la corteza más fina, esta tendía a romperse, arrugarse y acabar hundiéndose bajo la masa continental mientras que en los lugares donde dos continentes se estaban separando se producía una grieta por la que surgía más material fundido del manto, solidificándose y volviéndose a crear una fina corteza de unos pocos km de espesor.

Flotando sobre el magma, los continentes acabaron uniéndose todos formando un supercontinente que abarcaba todas las tierras emergidas, pero esa disposición era inestable.

Dentro del manto se producen corrientes ascendentes y descendentes de materia y debido a la rotación de la Tierra estas corrientes son muy afectadas por la fuerza de Coriolis.

Así, tal como las corrientes oceánicas y atmosféricas tienden a girar en sentido horario en el hemisferio norte y antihorario en el sur, también las corrientes magmáticas formaban remolinos gigantescos, no solo en sentido horizontal, sino también hacia dentro y hacia afuera del planeta creando puntos de subducción, donde el magma tendía a hundirse y de abducción donde el magma ascendía hacia la superficie.

Las zonas de abducción generaban "puntos calientes", zonas donde se producía más calor y que luego tirarían de los continentes que tuvieran encima en direcciones opuestas. Si este punto caliente se producía en el centro de un supercontinente, este podía resquebrajarse y, dividido en varios nuevos continentes iniciar una nueva deriva continental que podría durar varios cientos de millones de años antes de volverse a unir en un nuevo supercontinente.

Este proceso se ha repetido al menos en cuatro ocasiones desde que se formaron los primeros cratones, y el último supercontinente conocido, al que se ha llamado Pangea (Toda la tierra), comenzó a dividirse hace unos 200 MM de años y pasarán aún otros 200 antes de que todos los continentes vuelvan a unirse en un nuevo supercontinente para volver a iniciar su ciclo.

Y así continuará indefinidamente hasta que por fin la Tierra se enfríe lo suficiente para que la deriva continental acabe por detenerse.

Todo este continuo movimiento provoca gigantescas presiones en el interior de la corteza terrestre y a veces se producen erupciones volcánicas que sacan al exterior materias que quizás llevaban millones de años enterradas.

De esta forma tan caótica se formaron los principales yacimientos mineros, los nódulos de diamantes, las vetas de uranio, las menas de plata y mercurio.

Los gases de la atmósfera primigenia reaccionaban con todos estos elementos para formar numerosos compuestos que se depositaban en la superficie para posteriormente formar parte de una corteza terrestre cada vez más compleja.

 

El Origen de los Océanos

Cuando la corteza terrestre comenzó a solidificarse, el efecto marea siguió afectándola pero en mucha menor medida, reduciendo su efecto a un par de centenares de metros y al enfriarse aún más a unas decenas.

Para entonces, sin embargo, la atmósfera de la Tierra ya se había enfriado lo bastante como para que se condensaran las ingentes cantidades de vapor de agua que contenía. Empezó a llover, una lluvia intensa y continua, una lluvia que no llegaba al ardiente suelo sino que volvía a evaporarse a unos cientos de metros antes de tocarlo.

El proceso se vio ayudado por una intensa lluvia de asteroides y meteoritos, muchos de ellos compuestos en su mayor parte por hielo, que hace 3.900 MM de años bombardearon la Luna y la Tierra, seguramente procedentes de un cataclismo planetario similar al que dio origen a la Luna. La cantidad de meteoritos que cayó en esa época fue muy grande, como atestiguan los cráteres lunares, muchos de los cuales son de aquella época y algunos de hasta mil kilómetros de diámetro, lo que indica que los meteoritos caídos serían de centenares de kilómetros de radio. En la Tierra debió caer una cantidad al menos diez veces mayor y el calor generado por su caída elevó algo más la temperatura interior de la Tierra, pero también trajeron con ellos, en forma de hielo, una gran parte del agua que aún hoy en día forma nuestros océanos.

Pasado este Cataclismo Lunar, la corteza siguió enfriándose y al cabo de miles de años la lluvia empezó por fin a llegar hasta los primeros cratones, aún excesivamente calientes, y volvió a evaporarse y volvió a caer durante decenas de miles de años antes que en las cimas de las montañas, allí donde la corteza era más gruesa y más fría, se formaron los primeros charcos y lagos y los primeros ríos, que avanzaban serpenteando creando gigantescos torrentes hasta alcanzar las zonas más bajas, donde la corteza era más delgada y donde al agua volvía a hervir para volver a iniciar su eterno ciclo.

Millones de veces se repitió este ciclo, durante al menos cincuenta millones de años, antes de que por fin el agua que seguía cayendo torrencialmente empezara a formar los primeros mares que después se convirtieron en océanos que cubrieron una gran parte de la Tierra.

Pero al mismo tiempo que se iban formando los océanos, la influencia de la Luna comenzó a hacerse sentir en ellos.

Conforme la corteza terrestre se había ido solidificando, la deformación provocada por el efecto marea era menor, pero los océanos, mucho más fluidos que el magma, reaccionaron a la gravitación lunar elevando una gigantesca marea que avanzaba como una ola de varios kilómetros de alto y azotaba los continentes a velocidades supersónicas, avanzando cientos de kilómetros en los continentes y arrastrando toneladas de rocas en su retirada.

La velocidad adquirida por esta ola gigantesca era tremenda, tanto que en los bordes de los continentes avanzaba tierra adentro rompiendo la barrera del sonido y generando millones de toneladas de espuma y trillones de minúsculas gotas de agua, que generaban gigantescas nubes que cubrían toda la Tierra.

Y en su retirada los océanos absorbían elementos con los que se combinaban para crear numerosas sales y compuestos minerales, muchos de ellos de azufre, silicio o hierro que aportaron a los océanos primitivos un color verde rojizo que fue el color dominante del planeta en los siguientes millones de años.

Aún pasarían varios cientos de millones de años antes de que la Tierra se frenara y la Luna se alejara lo suficiente como para que la marea llegara a tener solo unos cientos de metros de altura.

Y cuando la Tierra fue lo bastante lenta y la marea oceánica lo bastante baja, la cantidad de espuma y gotas en suspensión fue lo bastante pequeña para que por fin, entre un mar de nubes que había cubierto la Tierra durante cientos de millones de años, aparecieran los primeros claros a través de los cuales la luz del Sol alcanzó por primera vez la superficie sólida y el rojo mar de la Tierra.

 

La Atmósfera Primordial

Los primeros planetas que se formaron orbitaban alrededor del Sol a través de una nube de gas y polvo cuyos componentes principales eran Hidrógeno y Helio, seguidos de Oxígeno, Neón, Nitrógeno y Carbono.

Aún en el vacío espacial, y en igual medida tras la formación de los planetas, los elementos más abundantes interactuaban entre sí formando algunas moléculas complejas. El Hidrógeno, altamente reactivo y superabundante en todo el universo, se unió a diversos átomos, especialmente a los siguientes en abundancia (Oxígeno, Carbono y Nitrógeno) para formar gases como vapor de agua, metano y amoníaco, lo que podemos considerar la atmósfera primordial.

Los gases nobles como Helio y Neón, a pesar de ser más abundantes que el Nitrógeno, no tenían apenas capacidad de formar compuestos, por eso quedaban flotando libres en la atmósfera y, al ser más ligeros quedaban en las capas más elevadas de la atmósfera. Si el planeta no era lo suficientemente masivo, esos gases podían escapar de la atracción gravitatoria del planeta.

En un planeta del tamaño de Marte la atmósfera apenas llegaría a una centésima parte de la presión atmosférica de la Tierra, mientras que en Júpiter la atmósfera llegó a ser tan grande que a consecuencia de la presión los gases llegaron a licuarse e incluso solidificarse.

Así, en Júpiter, sobre un núcleo de hierro y silicatos de dos veces el tamaño de la Tierra hay una capa de Hidrógeno metálico de miles de kilómetros de espesor y sobre ella otra capa de Hidrógeno y helio en estado líquido.

Sobre todo ello se mantiene una atmósfera de un 90% de Hidrógeno, un 9'5% de helio y el resto de compuestos típicos de la atmósfera primordial.

La Evolución de la Atmósfera

Cuando el Sol empezó a brillar, el Sistema Solar contenía varios cuerpos celestes que tenían una atmósfera primordial compuesta de vapor de agua, metano y amoníaco, con más o menos cantidad de hidrógeno según el tamaño del planeta.

Al quedar el sistema solar cada vez más despejado de polvo, el calor del Sol empezó a afectar a los planetas que giraban a su alrededor. Al calentarse las capas altas de la atmósfera se producía una disociación de las moléculas de vapor de agua, separándose en sus componentes, Oxígeno e Hidrógeno. El Hidrógeno libre era muy ligero, y más al calentarse, por lo que tendía a ascender sobre la atmósfera y a determinada distancia podía escapar del campo gravitatorio siendo arrastrado por el viento solar hacia más allá del sistema solar.

El Oxígeno libre reaccionaba con el amoníaco y el metano para formar Nitrógeno, Dióxido de Carbono y agua, y con este agua volvía a repetirse el ciclo una vez tras otra. El final de este proceso, de repetirse un numero indefinido de veces, era la desaparición de toda el agua y el Hidrógeno quedando entonces una atmósfera inerte, compuesta principalmente de Dióxido de Carbono con algo de Nitrógeno, sin que a partir de entonces se produzcan más cambios. Si el planeta era lo bastante grande podría retener además una cantidad más o menos apreciable de Hidrógeno y Helio.

En Mercurio, demasiado pequeño y excesivamente cerca del Sol, esta reacción se produjo muy rápido acabando en pocos millones de años con toda la atmósfera del planeta. Hoy en día no quedan rastros de atmósfera en la superficie de Mercurio, si bien durante el día, que dura varias semanas, el calor es tan intenso que las rocas de la superficie exhalan Oxígeno, Sodio, Hidrógeno, Helio y Potasio. Durante la noche el Sodio y el Potasio son reabsorbidos por los minerales de la superficie, parte del hidrógeno y el helio escapan de la atracción gravitatoria de Mercurio y así, poco a poco, Mercurio va perdiendo sus componentes gaseosos.

Aunque mucho más lejos, el reducido tamaño de Marte también hizo que desapareciera gran parte de su atmósfera quedando hoy en día apenas leves trazas de una atmósfera muy tenue de Nitrógeno y Dióxido de Carbono.

Venus y la Tierra son lo bastante grandes como para que el Hidrógeno no se pierda con tanta rapidez en el espacio, y en ellos se ha producido otro fenómeno que no se había producido en los planetas más pequeños.

Cuando los rayos UV (ultravioleta) disociaban las moléculas de agua, los átomos de Hidrógeno ascendían sobre la atmósfera para perderse en el espacio, y los de Oxígeno descendían para repetir el ciclo que conduciría a una nueva atmósfera. Pero mientras permanecía como Oxígeno libre, algunas moléculas eran bombardeadas por rayos UV formándose moléculas de Ozono.

El Ozono era más ligero que la atmósfera, por eso formaba una capa sobre ella. Pero más importante, el Ozono NO DEJABA PASAR los rayos UV, es decir que cuando se formaba la capa de Ozono el proceso de disociación del agua se detenía.

La capa de Ozono se mantenía a una muy elevada altitud, más de veinte kilómetros, y al ser bombardeada por rayos UV muchas moléculas podían adquirir suficiente velocidad como para escapar de la atracción planetaria. Se generó entonces un efecto autorregulador, la pérdida de ozono permitía el paso de rayos UV que generaban más ozono hasta encontrar un punto de equilibrio. De esta forma la disociación del agua se ha visto muy reducida.

Al ser Venus algo más pequeña que la Tierra y al estar situada mucho más cerca del Sol, su capa de Ozono se disolvía con más rapidez que la capa de ozono terrestre, de ahí que a la larga desapareciera todo el oxígeno de su atmósfera convirtiéndose ésta en una muestra más de atmósfera inerte, compuesta de Dióxido de Carbono y Nitrógeno. Al agotarse el oxígeno libre de la atmósfera dejó de producirse ozono y la capa de ozono de Venus acabó por desaparecer.

Mientras tanto, los planetas gigantes se encontraban en la situación opuesta. Por un lado estaban tan lejos del Sol que los rayos UV apenas alcanzaban a disociar una mínima cantidad de moléculas de agua. La temperatura transmitida por el Sol era apenas suficiente para calentar los gases, al contrario, debido a sus propios procesos internos el mismo Júpiter genera más calor que el que recibe del Sol. Y por último, la masa de Júpiter es tan grande y a esa distancia el viento solar tan débil, que ni siquiera el Hidrógeno consigue escapar con facilidad de su campo gravitatorio, por lo que la conversión de Atmósfera Primigenia en Atmósfera Inerte aún está en sus inicios.

Sin embargo el proceso en la Tierra ha seguido un camino diferente. Al principio, tal como en los demás planetas del sistema solar, se produjo una Atmósfera Primigenia de Vapor de Agua, Amoníaco y Metano. También como en los demás planetas comenzó la transformación de esa atmósfera en otra inerte de Dióxido de Carbono y Nitrógeno. Pero hoy en día gozamos de una saludable atmósfera de Nitrógeno, Oxígeno y Vapor de Agua, con algunas trazas de otros gases como Argón o Dióxido de Carbono.

¿Cómo se ha generado esta atmósfera?

 

Escrito y Publicado el 21 de Mayo de 2007

 

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