Revista Cuanta

22 de enero de 2018

Cómo podría haberse visto la joven Tierra durante el Bombardeo Pesado Tardío.

Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Escritor colaborador

22 de enero de 2018

En la árida y soleada esquina noroeste de Australia, a lo largo del Trópico de Capricornio, la cara más antigua de la Tierra está expuesta al cielo. Conduzca por el interior del norte por un tiempo, al sur de Port Hedland en la costa, y se encontrará con colinas suavizadas por el tiempo. Son parte de una región llamada Pilbara Craton, que se formó hace unos 3.500 millones de años, cuando la Tierra era joven.

Mira más cerca. De una costura en una de estas colinas, se derrama un revoltijo de rocas antiguas de color naranja-crema: un depósito llamado Apex Chert. Dentro de esta roca, visible solo a través de un microscopio, hay pequeños tubos. Algunos parecen petroglifos que representan un tornado; otros parecen gusanos aplanados. Se encuentran entre las muestras de rocas más controvertidas jamás recolectadas en este planeta, y podrían representar algunas de las formas de vida más antiguas jamás encontradas.

El mes pasado, los investigadores lanzaron otra salva en el debate de décadas sobre la naturaleza de estas formas. De hecho, son vida fósil y datan de hace 3465 millones de años, según John Valley, geoquímico de la Universidad de Wisconsin. Si Valley y su equipo tienen razón, los fósiles implican que la vida se diversificó notablemente al principio de la tumultuosa juventud del planeta.

Los fósiles se suman a una ola de descubrimientos que apuntan a una nueva historia de la antigua Tierra. En el último año, equipos separados de investigadores han desenterrado, pulverizado y pulverizado con láser piezas de roca que pueden contener vida que data de hace 3.7, 3.95 y tal vez incluso 4.28 mil millones de años. Todos estos microfósiles, o la evidencia química asociada con ellos, son objeto de acalorados debates. Pero todos arrojan dudas sobre el cuento tradicional.

Según cuenta esa historia, en los 500 millones de años posteriores a su formación, la Tierra era infernal y caliente. El mundo infantil habría sido desgarrado por el vulcanismo y bombardeado por otras migajas planetarias, creando un ambiente tan horrible y tan inhóspito para la vida, que la era geológica se llama Hadean, por el inframundo griego. La vida no pudo haber evolucionado hasta que terminó un bombardeo de asteroides particularmente violento hace unos 3.800 millones de años.

Pero esta historia está cada vez más bajo fuego. Muchos geólogos ahora piensan que la Tierra pudo haber sido tibia y acuosa desde el principio. Las rocas más antiguas registradas sugieren que partes de la corteza del planeta se enfriaron y solidificaron hace 4.400 millones de años. El oxígeno en esas rocas antiguas sugiere que el planeta tenía agua desde hace 4.300 millones de años. Y en lugar de un bombardeo final epocal, los impactos de meteoritos podrían haber disminuido lentamente a medida que el sistema solar se asentó en su configuración actual.

"En realidad, las cosas se parecían mucho más al mundo moderno, en algunos aspectos, desde el principio. Había agua, posiblemente una corteza estable. No está completamente fuera de discusión que hubiera habido un mundo habitable y vida de algún tipo, ", dijo Elizabeth Bell, geoquímica de la Universidad de California, Los Ángeles.

En conjunto, la evidencia más reciente de la Tierra antigua y de la Luna está pintando una imagen de una Tierra Hadeana muy diferente: un mundo sólido, templado, limpio de meteoritos y acuoso, un Edén desde el principio.

Hace unos 4540 millones de años, la Tierra se estaba formando a partir del polvo y las rocas que quedaron del nacimiento del sol. Residuos solares más pequeños arrojaron continuamente a la Tierra bebé, calentándola y dotándola de materiales radiactivos, lo que la calentó aún más desde adentro. Océanos de magma cubrieron la superficie de la Tierra. En aquel entonces, la Tierra no era tanto un planeta rocoso como una bola de lava incandescente.

No mucho después de que la Tierra se uniera, un planeta rebelde la golpeó con una fuerza increíble, posiblemente vaporizando la Tierra de nuevo y formando la luna. Los impactos de meteoritos continuaron, algunos excavando cráteres de 1.000 kilómetros de diámetro. En el paradigma estándar del eón Hadeano, estos ataques culminaron en un asalto denominado Bombardeo Pesado Tardío, también conocido como el cataclismo lunar, en el que los asteroides emigraron al sistema solar interior y golpearon los planetas rocosos. A lo largo de esta era temprana, que terminó hace unos 3.800 millones de años, la Tierra estaba fundida y no podía soportar una corteza de roca sólida, y mucho menos la vida.

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Lucy Reading-Ikkanda/Revista Quanta

Pero a partir de hace una década, esta historia comenzó a cambiar, en gran parte gracias a los diminutos cristales llamados circonitas. Las gemas, que a menudo tienen aproximadamente el tamaño del punto al final de esta oración, hablan de un mundo más frío, más húmedo y quizás habitable que se remonta a hace 4.300 millones de años. En los últimos años, los fósiles en rocas antiguas reforzaron la historia de climas más tranquilos de los circones. Los microfósiles tornádicos del cratón de Pilbara son el último ejemplo.

Hoy en día, la evidencia más antigua de vida posible, que muchos científicos dudan o rechazan por completo, tiene al menos 3770 millones de años y puede tener una antigüedad asombrosa de 4280 millones de años.

En marzo de 2017, Dominic Papineau, geoquímico del University College London, y su estudiante Matthew Dodd describieron fósiles en forma de tubo en un afloramiento en Quebec que data del sótano de la historia de la Tierra. La formación, llamada Nuvvuagittuq (noo-voo-wog-it-tuck) Greenstone Belt, es un fragmento del suelo oceánico primitivo de la Tierra. Los fósiles, de aproximadamente la mitad del ancho de un cabello humano y solo medio milímetro de largo, estaban enterrados en su interior. Están hechos de un óxido de hierro llamado hematita y pueden ser ciudades fosilizadas construidas por comunidades microbianas hace hasta 4280 millones de años, dijo Dodd.

"Habrían formado estas esteras gelatinosas de color rojo oxidado en las rocas alrededor de los respiraderos", dijo. Existen estructuras similares en los océanos de hoy, donde comunidades de microbios y gusanos tubulares de aspecto sanguinolento florecen alrededor de chimeneas negras y sin sol.

Dodd encontró los tubos cerca del grafito y con "rosetas" de carbonato, pequeños anillos de carbono que contienen materiales orgánicos. Las rosetas pueden formarse a través de diversos procesos no biológicos, pero Dodd también encontró un mineral llamado apatita, que dijo es diagnóstico de actividad biológica. Los investigadores también analizaron las variantes, o isótopos, de carbono dentro del grafito. En general, a los seres vivos les gusta usar los isótopos más livianos, por lo que se puede usar una abundancia de carbono 12 sobre carbono 13 para inferir la actividad biológica pasada. El grafito cerca de las rosetas también sugería la presencia de vida. En conjunto, los tubos y la química que los rodea sugieren que son restos de una comunidad microbiana que vivía cerca de un respiradero hidrotermal en las profundidades del océano, dijo Dodd.

Los geólogos debaten sobre la edad exacta del cinturón rocoso donde se encontraron, pero están de acuerdo en que incluye una de las formaciones de hierro más antiguas, si no la más antigua, de la Tierra. Esto sugiere que los fósiles también son tan antiguos, mucho más antiguos que cualquier cosa encontrada anteriormente y mucho más antiguos de lo que muchos científicos creían posible.

Los microfósiles se asemejan a la vida marina que crece cerca de los respiraderos hidrotermales de aguas profundas.

Mateo Dodd

Luego, en septiembre de 2017, investigadores en Japón publicaron un examen de escamas de grafito de una roca sedimentaria de 3950 millones de años llamada Saglek Block en Labrador, Canadá. Yuji Sano y Tsuyoshi Komiya de la Universidad de Tokio argumentaron que la proporción de isótopos de carbono de su grafito indica que también fue creado por la vida. Pero las escamas de grafito no iban acompañadas de ningún rasgo que pareciera un fósil; lo que es más, la historia de la roca circundante es turbia, lo que sugiere que el carbono puede ser más joven de lo que parece.

Más al este, en el suroeste de Groenlandia, otro equipo también encontró evidencia de vida antigua. En agosto de 2016, Allen Nutman de la Universidad de Wollongong en Australia y sus colegas informaron haber encontrado estromatolitos, restos fósiles de microbios, de hace 3700 millones de años.

Allen Nutman explorando microfósiles antiguos en el cinturón de Isua en el sur de Groenlandia.

Laure Gauthiez-Putallaz

Muchos geólogos se han mostrado escépticos ante cada afirmación. Los fósiles de Nutman, por ejemplo, provienen del cinturón de Isua en el sur de Groenlandia, hogar de las rocas sedimentarias conocidas más antiguas de la Tierra. Pero el cinturón Isua es difícil de interpretar. Así como los procesos no biológicos pueden formar las rosetas de carbono de Dodd, la química básica puede formar muchas estructuras en capas sin ninguna ayuda de la vida, lo que sugiere que pueden no ser estromatolitos sino simuladores sin vida.

Además, tanto el cinturón de piedra verde de Nuvvuagittuq como el cinturón de Isua se han calentado y aplastado durante miles de millones de años, un proceso que derrite y recristaliza las rocas, transformándolas a partir de su estado sedimentario original.

"No creo que ninguno de esos otros estudios esté equivocado, pero tampoco creo que ninguno de ellos sea una prueba", dijo Valley, el investigador de Wisconsin. "Todo lo que podemos decir es que [las rocas de Nutman] parecen estromatolitos, y eso es muy tentador".

Con respecto a su trabajo con los fósiles del cratón de Pilbara, sin embargo, Valley es mucho menos circunspecto.

Los microfósiles tornádicos permanecieron en el cratón de Pilbara durante 3465 millones de años antes de ser separados de su roca natal, empaquetados en una caja y enviados a California. El paleobiólogo William Schopf de UCLA publicó su descubrimiento de los extraños garabatos en 1993 e identificó 11 taxones microbianos distintos en las muestras. Los críticos dijeron que las formas podrían haberse creado en procesos no biológicos, y los geólogos han discutido de un lado a otro en los años posteriores. El año pasado, Schopf envió una muestra a Valley, que es un experto en un instrumento supersensible para medir proporciones de isótopos llamado espectrómetro de masas de iones secundarios.

El equipo de Valley descubrió que algunos de los fósiles aparentes tenían la misma proporción de isótopos de carbono que las bacterias fotosintéticas modernas. Otros tres tipos de fósiles tenían las mismas proporciones que los microbios que comen o producen metano. Además, las proporciones de isótopos se correlacionan con especies específicas que ya habían sido identificadas por Schopf. Los lugares donde se midieron estas proporciones de isótopos correspondían a las formas de los propios microfósiles, dijo Valley, y agregó que son las muestras más antiguas que parecen fósiles tanto física como químicamente.

John Valley en su laboratorio de espectrómetro de masas en la Universidad de Wisconsin, Madison.

Jeff Miller / UW-Madison

Si bien no son las muestras más antiguas registradas, suponiendo que acepte la procedencia de las rocas descritas por Dodd, Komiya y Nutman, las miniaturas ciclónicas de Schopf y Valley tienen una distinción importante: son diversas. La presencia de tantas proporciones diferentes de isótopos de carbono sugiere que la roca representa una comunidad compleja de organismos primitivos. Las formas de vida deben haber tenido tiempo para evolucionar en iteraciones interminables. Esto significa que deben haberse originado incluso antes de hace 3.465 millones de años. Y eso significa que nuestros ancestros más antiguos son realmente muy, muy viejos.

Los fósiles no fueron la primera señal de que la Tierra primitiva podría haber sido edénica en lugar de infernal. Las propias rocas comenzaron a proporcionar esa evidencia ya en 2001. Ese año, Valley encontró circonitas que sugerían que el planeta tenía una corteza de hace 4.400 millones de años.

Los circones son minerales cristalinos que contienen silicio, oxígeno, circonio y, a veces, otros elementos. Se forman dentro del magma y, al igual que algunos cristales de carbono más conocidos, los circones son para siempre: pueden sobrevivir a las rocas en las que se forman y soportar eones de presión, erosión y deformación indescriptibles. Como resultado, son las únicas rocas que quedan del Hadeano, lo que las convierte en cápsulas del tiempo invaluables.

Valley extrajo algo de Jack Hills de Australia Occidental y encontró isótopos de oxígeno que sugerían que el cristal se formó a partir de material que fue alterado por agua líquida. Esto sugirió que parte de la corteza terrestre se había enfriado, solidificado y albergado agua al menos 400 millones de años antes que las primeras rocas sedimentarias conocidas. Si había agua líquida, probablemente había océanos enteros, dijo Valley. Otros circones mostraron lo mismo.

"El Hadeano no era como un infierno. Eso es lo que aprendimos de los circones. Claro, había volcanes, pero probablemente estaban rodeados por océanos. Habría al menos algo de tierra seca", dijo.

Los circones sugieren que incluso pudo haber habido vida.

En una investigación publicada en 2015, Bell y sus coautores presentaron evidencia de grafito incrustado dentro de un diminuto cristal de circón de 4.100 millones de años del mismo Jack Hills. La mezcla de isótopos de carbono del grafito insinúa orígenes biológicos, aunque el hallazgo es, una vez más, muy debatido.

"¿Hay otras explicaciones además de la vida? Sí, las hay", dijo Bell. "Pero esto es lo que yo consideraría la evidencia más segura de algún tipo de estructura fósil o biogénica".

Si las señales en las rocas antiguas son ciertas, nos están diciendo que la vida estuvo en todas partes, siempre. En casi todos los lugares donde miran los científicos, están encontrando evidencia de vida y su química, ya sea en forma de fósiles mismos o en los restos de las agitaciones de la vida hace mucho tiempo. Lejos de ser quisquilloso y delicado, la vida puede haberse afianzado en las peores condiciones imaginables.

"La vida estaba logrando hacer cosas interesantes al mismo tiempo que la Tierra estaba lidiando con los peores impactos que jamás haya tenido", dijo Bill Bottke, científico planetario del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado.

O tal vez no. Tal vez la Tierra estaba bien. Tal vez esos impactos no fueron tan rápidos como todos pensaban.

Sabemos que la Tierra, y todo lo demás, fue bombardeada por asteroides en el pasado. La luna, Marte, Venus y Mercurio son testigos de este golpe primordial. La pregunta es cuándo y por cuánto tiempo.

Basándose en gran parte en las muestras de Apolo llevadas a casa por los astronautas que caminaban por la luna, los científicos llegaron a creer que en la era Hadeana de la Tierra, hubo al menos dos épocas distintas de billar en el sistema solar. El primero fue el efecto secundario inevitable de la creación de planetas: los planetas tardaron un tiempo en barrer los asteroides más grandes y Júpiter reunió al resto en el cinturón principal de asteroides.

El segundo vino después. Comenzó en algún momento entre 500 y 700 millones de años después del nacimiento del sistema solar y finalmente disminuyó hace unos 3.800 millones de años. Ese se llama el Bombardeo Pesado Tardío, o el cataclismo lunar.

Como con la mayoría de las cosas en geoquímica, la evidencia de un bombardeo mundial, un evento en las escalas más grandes imaginables, se deriva de lo muy, muy pequeño. Los isótopos de potasio y argón en las muestras de Apolo sugirieron que partes de la luna se derritieron repentinamente unos 500 millones de años después de su formación. Esto se tomó como evidencia de que fue volado a una pulgada de su vida.

Los circones también proporcionan evidencia física tentativa de un paisaje infernal de la era tardía. Algunos circones contienen minerales "conmocionados", evidencia de calor y presión extremos que pueden ser indicativos de algo horrendo. Muchos tienen menos de 3.000 millones de años, pero Bell encontró un circón que sugiere un calentamiento rápido y extremo hace unos 3.900 millones de años, una posible firma del Bombardeo Pesado Tardío. "Todo lo que sabemos es que hay un grupo de circonitas recristalizadas en este período de tiempo. Dada la coincidencia con el Bombardeo Pesado Tardío, era demasiado difícil no decir que tal vez esto esté conectado", dijo. "Pero para establecer realmente eso, tendremos que mirar los registros de circón en otras localidades del planeta".

Hasta el momento, no hay otras señales, dijo Aaron Cavosie de la Universidad de Curtin en Australia.

Los cráteres en la luna se han tomado como evidencia del Bombardeo Pesado Tardío, pero las reevaluaciones de la evidencia geológica de las rocas lunares de Apolo arrojan dudas sobre si los bombardeos de asteroides durante la era Hadeana fueron tan severos como se pensaba.

NASA

En 2016, Patrick Boehnke, ahora en la Universidad de Chicago, echó otro vistazo a esas muestras originales de Apolo, que durante décadas han sido la principal evidencia a favor del Bombardeo Pesado Tardío. Él y Mark Harrison de UCLA volvieron a analizar los isótopos de argón y concluyeron que las rocas de Apolo pueden haber sido golpeadas muchas veces desde que cristalizaron de la luna natal, lo que podría hacer que las rocas parezcan más jóvenes de lo que realmente son.

"Incluso si resuelve los problemas analíticos", dijo Boehnke, "entonces todavía tiene el problema de que las muestras de Apolo están una al lado de la otra". Existe la posibilidad de que los astronautas de las seis misiones Apolo hayan tomado muestras de rocas de un solo asteroide, cuya eyección se propagó por todo el lado de nuestro satélite que mira hacia la Tierra.

Además, las sondas en órbita lunar como la nave espacial Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) y el Lunar Reconnaissance Orbiter han encontrado alrededor de 100 cráteres previamente desconocidos, incluido un aumento en los impactos hace 4.300 millones de años.

"Esta interesante confluencia de datos orbitales y datos de muestra, y todos los diferentes tipos de datos de muestra (vidrio de impacto lunar, muestras de Luna, muestras de Apolo, meteoritos lunares) se unen y apuntan a algo que no es un pico catastrófico a 3.900 millones. hace años", dijo Nicolle Zellner, científica planetaria del Albion College en Michigan.

Video: Únase a David Kaplan en un recorrido de realidad virtual que muestra cómo se formaron el sol, la Tierra y los demás planetas.

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Bottke, que estudia la dinámica de los asteroides y el sistema solar, es uno de varios investigadores que proponen explicaciones modificadas. Ahora favorece un aumento lento en el bombardeo, seguido de una disminución gradual. Otros piensan que no hubo un bombardeo tardío y que, en cambio, los cráteres de la luna y otros cuerpos rocosos son restos del primer tipo de billar, el proceso natural de construcción de planetas.

"Tenemos una pequeña porción de datos y estamos tratando de hacer algo con ellos", dijo. "Intentas construir una historia y, a veces, solo estás persiguiendo fantasmas".

Mientras se desarrolla, los científicos debatirán preguntas mucho más importantes que la dinámica temprana del sistema solar.

Si parte de la nueva evidencia realmente representa impresiones de la vida primitiva, entonces nuestros antepasados ​​​​pueden ser mucho más antiguos de lo que pensábamos. La vida podría haber surgido en el momento en que el planeta estuvo dispuesto a ella, en el momento en que se enfrió lo suficiente como para contener agua líquida.

"Cuando era joven me enseñaron que la vida tardaría miles y miles de millones de años en formarse. Pero no he podido encontrar ninguna base para ese tipo de afirmaciones", dijo Valley. "Creo que es muy posible que la vida surgiera dentro de unos pocos millones de años cuando las condiciones se volvieron habitables. Desde el punto de vista de un microbio, un millón de años es mucho tiempo, pero eso es un abrir y cerrar de ojos en el tiempo geológico".

"No hay razón para que la vida no haya surgido hace 4.300 millones de años", agregó. "No hay razón."

Si no hubo una esterilización masiva hace 3.900 millones de años, o si algunos impactos de asteroides masivos limitaron la destrucción a un solo hemisferio, entonces los ancestros más antiguos de la Tierra pueden haber estado aquí desde los días más nebulosos del nacimiento del planeta. Y eso, a su vez, hace que la noción de vida en otras partes del cosmos parezca menos inverosímil. La vida podría soportar condiciones horrendas mucho más fácilmente de lo que pensábamos. Es posible que no necesite mucho tiempo para afianzarse. Puede surgir temprano y con frecuencia y puede salpicar el universo todavía. Sus infinitas formas, desde microbios que fabrican tubos hasta baba agazapada, pueden ser demasiado pequeñas o simples para comunicarse de la forma en que lo hace la vida en la Tierra, pero no serían menos reales ni menos vivas.

Corrección: 29 de marzo de 2021Una versión anterior de este artículo está mal escrita en Port Hedland, Australia.

Este artículo se reimprimió en Wired.com y Spektrum.de.

Escritor colaborador

22 de enero de 2018

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