La Tierra es un planeta único en el Sistema Solar, ya que contiene continentes rodeados por profundos océanos. La existencia de ambos se debe, entre otras cosas, a que la capa externa de nuestro planeta, es decir, la corteza, es sólida. Las explicaciones científicas generalmente aceptadas hablan de los procesos de formación y renovación continua de la corteza terrestre, que tienen su origen en el interior de nuestro planeta. Sin embargo, un descubrimiento reciente de un grupo de científicos de la Universidad Curtin de Australia, dirigidos por el profesor Chris Kirkland, ha cuestionado, al menos parcialmente, estas teorías. Este grupo presentó la hipótesis de que en su temprana edad, la formación de la corteza terrestre fue en gran parte influida por nuestra Galaxia, también conocida como la Vía Láctea.
¿Cómo fue que se les ocurrió a Kirkland y sus colegas una idea tan radical? ¿Qué pruebas tienen de ella? ¿Y cómo exactamente se supone que nuestra galaxia pudo haber interferido en la formación de la corteza de nuestro planeta?
Para responder estas preguntas, debemos entender los procesos que conducen a la formación de la corteza, los minerales en los que se oculta la evidencia del papel de la Galaxia y la misma estructura de la Vía Láctea.
La corteza terrestre es la capa exterior de nuestro planeta. En general, distinguimos la corteza oceánica con un espesor de entre 5 y 10 kilómetros, lo cual es mucho menor al de la corteza continental, cuyo espesor es de entre 30 y 50 kilómetros. Ambos tipos de corteza flotan sobre el manto denso subyacente. La corteza continental es menos densa que la corteza oceánica, por lo que forma las partes más altas de la Tierra – los continentes.
Figura 1: Fotografía de la Vía Láctea y el Observatorio Europeo Surueño en el desierto de Atacama.
La formación de la corteza terrestre está estrechamente relacionada con la formación de la Tierra hace 4.6 mil millones de años. Nuestro planeta se formó por la acumulación de planetesimales, pequeños cuerpos rocosos de hasta unos cuantos kilómetros de tamaño. Durante la caída de los planetesimales se liberaba una gran cantidad de energía, por lo que la Tierra recién nacida estaba muy caliente y, como resultado, su superficie fue completamente derretida. Cuando los planetesimales dejaron de caer, la Tierra se enfrió, formando su primera corteza primordial. Los impactos posteriores de asteroides han derretido esta corteza en varias ocasiones, creando océanos de magma. Por otro lado, durante miles de millones de años, la erosión y la tectónica de placas también contribuyeron a la destrucción de la corteza primordial, por lo que hoy de ella no queda nada.
Desde entonces, se han formado la corteza secundaria u oceánica y la terciaria o continental. La corteza oceánica se forma continuamente en el fondo de los océanos, donde el magma surge desde el interior de la Tierra. Esto resulta en la formación de los sistemas montañosos submarinos y en la separación de las placas tectónicas. Por otro lado, la destrucción de la corteza oceánica se produce en las llamadas fosas, donde las placas tectónicas se hunden hacia las profundidades. Debido a los procesos de formación y destrucción de la corteza oceánica, su edad es menor a 200 millones de años. Hoy en día pensamos que estos procesos tectónicos comenzaron a operar en la Tierra hace unos tres mil millones de años.
La corteza continental es mucho más antigua que la corteza oceánica, ya que su edad promedio es de alrededor de dos mil millones de años, siendo ciertas partes de los continentes mucho más antiguas. La mayor parte de las rocas de la corteza continental de entre 2,500 y 4,000 millones de años de edad se encuentra en los llamados cratones. Estas son las partes centrales de los continentes que han logrado evitar los procesos tectónicos durante miles de millones de años.
Y son precisamente los cratones de donde proviene la evidencia de la loca idea de Kirkland y colegas. Específicamente, este grupo de científicos analizó granos minerales de circón obtenidos de dos cratones: el cratón de América del Norte, que incluye el centro y el este de Estados Unidos y Canadá, y el cratón de Pilbara, en el oeste de Australia. Circón es un mineral cuyas moléculas están compuestas por circonio (Zr), silicio (Si) y oxígeno (O) y también contiene los llamados elementos no compactos como el hafnio (Hf), el uranio (U), el lutecio (Lu) y el torio (Th). El lutecio y el hafnio son los elementos que jugaron un papel clave en la investigación de los científicos australianos.
La historia de este descubrimiento es la siguiente: tanto el lutecio como el hafnio pertenecen a los elementos litófilos, que tienen la tendencia de formar parte de las rocas, pero no se mezclan con los metales. Un poco después de la formación de la Tierra comenzó el proceso de diferenciación en su interior durante el cual la mayoría de los elementos pesados, como los metales, se asentaron en el núcleo de nuestro planeta, mientras que los elementos más livianos, que hoy en día se encuentran en las rocas, permanecieron en las capas superiores de nuestro planeta. Entre estos últimos estaban el lutecio y el hafnio. Otra característica importante de estos es que pertenecen a los llamados elementos incompatibles. Esto significa que es muy difícil que pasen a formar parte de la estructura de los minerales que toman forma de cristales, por ejemplo durante el enfriamiento de lava. Así, el lutecio y el hafnio permanecen en lava líquido mientras quede algo. Sin embargo, el hafnio es ligeramente más incompatible que el lutecio.
La abundancia relativa de lutecio a hafnio en las rocas puede variar. Hay varias causas de esto, una de ellas siendo el derretimiento de la corteza debido a la caída de meteoritos. Cada vez que la corteza terrestre fue derretida, en ella aumentaba la concentración relativa de hafnio en comparación con lutecio.
Al analizar el contenido de hafnio en los cristales de circón en los cratones de América del Norte y Australia, Kirkland y sus colegas determinaron que las rocas en estas regiones más antiguas de toda la corteza terrestre fueron formadas durante el período hace 2,800 y 3,800 millones de años y que durante ese tiempo se han estado fundiendo periódicamente aproximadamente cada 200 millones de años. Dado que los procesos tectónicos desde las profundidades de nuestro planeta claramente no tienen la culpa de estos derritimientos, los científicos australianos dirigieron sus miradas hacia el cielo.
El equipo de Kirkland se puso a buscar los fenómenos que se repiten periódicamente aproximadamente cada 200 millones de años y los encontró en nuestra Galaxia. El más obvio es el período orbital del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea, que dura 230 millones de años. Sin embargo, orbitar alrededor del centro de la Galaxia por sí solo no es suficiente para explicar el descubrimiento de los investigadores australianos. La verdadera respuesta está en la estructura de la Vía Láctea.
Nuestra Galaxia es un disco enorme que contiene alrededor de 100 mil millones de estrellas. Su diámetro mide unos 100,000 años luz, mientras que el grosor de este disco es diez veces menor. La Vía Láctea pertenece a las llamadas galaxias espirales barradas. Los brazos espirales son regiones de las galaxias con una mayor densidad de estrellas y nubes de gas interestelar. Aunque todavía no se ha llegado a un consenso definitivo sobre la estructura exacta de la Vía Láctea, los científicos están de acuerdo en que cuatro brazos espirales se extienden desde su centro. Cada uno de ellos tiene su nombre que obtuvo según las constelaciones en las que aparentemente se encuentra. Así, tenemos el brazo de Perseo, Sagitario, Norma y Escudo-Centauro. Nosotros estamos ubicados dentro del brazo de Orión-Cisney, que forma parte del brazo de Norma. Estos brazos orbitan nuestra Galaxia a velocidades de alrededor de 210 km/s y al mismo tiempo se propagan desde su centro hacia afuera. Su velocidad orbital es unos 30 km/s menor que la velocidad con la que el Sol orbita el centro de la Vía Láctea. Y así llegamos al ya mencionado período de 200 millones de años. Es decir, el Sol es mas rápido que los brazos espirales por lo que se tarda entre 170 a 200 millones de años de dejar atrás un brazo y alcanzar al siguiente.
¿Y qué tiene esto que ver con la corteza terrestre? Hay dos razones. La primera es que, además de los ocho planetas, también hay una enorme cantidad de asteroides, cometas, planetesimales y planetas enanos que orbitan alrededor del Sol. Los asteroides se encuentran principalmente en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter. Más allá de la órbita de Neptuno, y hasta una distancia de 50 unidades astronómicas (UA), se extiende el cinturón de Kuiper, hogar de planetas enanos y cuerpos pequeños, compuestos principalmente de metano congelado, amoniaco y agua. Pero si nos alejamos del Sol al menos a 2000 y hasta 200,000 UA (0.03 – 3.2 años luz), nos encontramos la Nube de Oort. Allí habitan cuerpos formados por hielo de agua, metano, etano, monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno. A veces, algunos de ellos se acercan al Sol, donde sus componentes químicas comienzan a evaporarse debido a la radiación solar. Al hacerlo, se forma una enorme nube de vapor alrededor del cuerpo, que refleja la luz del Sol y aparece un fenómeno en el cielo, que los observadores llaman los cometas.
Figura 2: Dibujo de la Vía Láctea con brazos espirales. Los símbolos representan eventos cuando los meteoritos cayeron intensamente sobre la Tierra. Éstos coinciden con los períodos en que el Sistema Solar viajó a través de los brazos espirales de la Galaxia. Fuente: Kirkland et al., (2022)
En su artículo publicado en la prestigiosa revista Science, el equipo de Kirkland teorizó que las nubes gigantes de gas interestelar, o las estrellas que se acercan mucho al Sol, podrían alterar los cuerpos en la Nube de Oort, que luego comenzarían a viajar hacia el interior del Sistema Solar, con una cierta proporción de estos cuerpos cayendo sobre la Tierra. Dado que la densidad de estrellas y gas en los brazos espirales es más alta que en cualquier otro lugar de la Galaxia, cada vez que del Sistema Solar entra o sale de uno de esos brazos espirales, la cantidad de cuerpos de la nube de Oort que caen sobre la Tierra aumenta considerablemente. Debido a la gran distancia de la la nube de Oort, estos cuerpos tienen altas velocidades con respecto a la Tierra, por lo que al caer se libera una gran cantidad de energía. En el pasado distante esto provocaba el derretimiento parcial de la corteza terrestre. Kirkland y sus colegas demostraron que las edades geológicas de los cristales de circón con un contenido elevado de hafnio frente a lutecio en ambos cratones coinciden con los períodos en los que el Sol atravesaba los brazos espirales de la Vía Láctea.
La evidencia basada en el contenido de hafnio también coincide con otra evidencia obtenida de forma independiente de caídas de meteoritos en el pasado lejano. Estos son los llamados depósitos de esférulas en Australia y Sudáfrica. Se trata de rocas que contienen infinidad de pequeñas estructuras esféricas, que se forman exclusivamente por caídas de meteoritos. Las edades de estos depósitos también coinciden con los períodos en que el Sistema Solar viajó a través de los brazos espirales de nuestra Galaxia.
La investigación del equipo de Kirkland representa así una visión nueva y revolucionaria de la evolución de nuestro planeta.
Lecturas adicionales para los más curiosos
1. C.L Kirkland, P.J. Sutton, T. Erickson, T.E. Johnson, M.I.H. Hartnady, H. Smithies, M. Prause; Did transit through the galactic spiral arms seed crust production on the early Earth?. Geology 2022;; 50 (11): 1312–1317. doi: https://doi.org/10.1130/G50513.1
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