La paradoja del Sol joven y la Tierra como una bola de nieve

Es sabidur¨ªa popular que un individuo joven de nuestra especie tiene mucha m¨¢s energ¨ªa, en promedio, que uno que ya ha blanqueado las sienes. En el caso de las estrellas sucede al rev¨¦s y son las j¨®venes las que emiten menos energ¨ªa. Esto, si mantenemos el resto de condiciones iguales, es un problema para el origen de la vida. La paradoja es sencilla en su planteamiento: ?c¨®mo pudo el agua de la Tierra primitiva mantenerse en estado l¨ªquido cuando el Sol era mucho m¨¢s d¨¦bil? Esta cuesti¨®n que a¨²n est¨¢ sin resolver es una de las m¨¢s importantes en paleoclimatolog¨ªa.

Aunque fueron el famoso Carl Sagan y su colega George Mullen en una publicaci¨®n de 1972 quienes popularizaron el problema y propusieron una soluci¨®n incrementando los gases de efecto invernadero, no fueron ellos quienes se dieron cuenta de su existencia. La discrepancia entre la baja energ¨ªa que emite el Sol en su juventud y la evidencia de agua l¨ªquida en la tierra temprana ya hab¨ªa sido apuntada por William L. Donn y colaboradores en 1965.

La mayor parte de la energ¨ªa que sostiene la vida en nuestro planeta proviene del Sol y en concreto de las reacciones termonucleares que tienen lugar en su interior. Los modelos del Sol predicen que, en el pasado, en concreto en el momento en el que nace hace 4.570 millones de a?os, la energ¨ªa que emit¨ªa nuestra estrella era un 30% menor que la que emite a d¨ªa de hoy. La consecuencia directa de este cambio en la energ¨ªa del Sol tiene como resultado una Tierra completamente congelada durante los primeros millones de a?os de historia de nuestro planeta, siempre que mantengamos iguales el resto de par¨¢metros que controlan el clima.

Un Sol m¨¢s d¨¦bil habr¨ªa convertido a nuestro hogar en una aut¨¦ntica bola de nieve. De hecho, as¨ª se conoce este efecto de retroalimentaci¨®n: una mayor cantidad de superficie cubierta de hielo evoluciona a un planeta totalmente congelado. El hielo tiene la capacidad de reflejar una mayor cantidad de la luz que llega a la Tierra y baja la temperatura provocando que m¨¢s ¨¢reas se cubran de hielo y esto se traduce en que m¨¢s energ¨ªa que llega del Sol se refleja de vuelta al espacio, enfriando a¨²n m¨¢s el planeta. La consecuencia directa son oc¨¦anos completamente cubiertos de hielo y un estado de la Tierra conocido como ¡°bola de nieve¡±.

El Sol era m¨¢s d¨¦bil en su juventud que lo que es ahora y esto es una simple consecuencia del modo en que genera energ¨ªa: a medida que los ¨¢tomos de hidr¨®geno se van transformando en helio, el n¨²cleo de la estrella se hace m¨¢s denso y, como resultado, la eficiencia en la generaci¨®n de energ¨ªa es m¨¢s alta y con ella la cantidad de energ¨ªa que libera la estrella.

?Pero por qu¨¦ esto es un problema? Pues porque hay evidencias de la presencia de agua l¨ªquida, e incluso vida, durante ese periodo en la Tierra. Los registros de la atm¨®sfera y los oc¨¦anos primitivos de la Tierra surgen en el Arcaico m¨¢s temprano que comprende desde el final de lo que se conoce como el periodo de bombardeo tard¨ªo hasta hace 2500 millones a?os. La evidencia f¨®sil de las primeras formas de vida primitivas (microbios procari¨®ticos del dominio llamado Archaea y bacterias) aparece en rocas con una antig¨¹edad de entre 3500 y 3700 millones de a?os; sin embargo, la presencia de fragmentos antiguos de grafito (que pueden haber sido producidos por microbios) sugiere que la vida pudo haber surgido en alg¨²n momento hace, al menos, 3950 millones de a?os.

Solucionar el problema que plantea la juventud del Sol en la Tierra requerir¨ªa conocer la composici¨®n de la atm¨®sfera terrestre durante los eones que dur¨® el periodo arcaico y aqu¨ª estudios de geoqu¨ªmica est¨¢n obteniendo resultados muy interesantes en los ¨²ltimos a?os. Tambi¨¦n ayudar¨ªa obtener modelos m¨¢s elaborados del clima en la Tierra durante ese periodo donde algunas de las soluciones al problema involucran efectos de los continentes o inducidos por la reflectividad del planeta. Hacer estos modelos es muy dif¨ªcil porque requieren un grado de detalle que los hace muy complicados al tener en cuenta la configuraci¨®n de los oc¨¦anos y la concentraci¨®n de gases de efecto invernadero.

Quiz¨¢s el estudio de los problemas que plantea el clima de la Tierra en el pasado nos ayude a generar soluciones para el futuro. Un futuro que, sin querer ser alarmista, ya nos est¨¢ quemando los dedos. Esperemos que no pasemos de una Tierra bola de nieve en el pasado a una bola de fuego en el futuro con el cambio global inducido por los gases de efecto invernadero generados por la actividad humana en el planeta.

Eva Villaver es investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.

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