Durante el Hade Eon, hace unos 4.500 millones de años, el mundo era un lugar muy diferente de lo que es hoy. Fue también durante este tiempo que la desgasificación y la actividad volcánica produjeron la atmósfera primordial compuesta de dióxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua.
Queda poco de esta atmósfera primordial, y la evidencia geotérmica sugiere que la atmósfera de la Tierra puede haber sido completamente destruida al menos dos veces desde su formación hace más de 4 mil millones de años. Hasta hace poco, los científicos no estaban seguros de qué podría haber causado esta pérdida.
Pero un nuevo estudio del MIT, Hebrew Univeristy y Caltech indica que el intenso bombardeo de meteoritos en este período puede haber sido el responsable.
Este bombardeo meteórico habría tenido lugar aproximadamente al mismo tiempo que se formó la Luna. El intenso bombardeo de rocas espaciales habría levantado nubes de gas con suficiente fuerza para expulsar permanentemente la atmósfera al espacio. Tales impactos también pueden haber destruido otros planetas e incluso haber despegado las atmósferas de Venus y Marte.
De hecho, los investigadores descubrieron que los pequeños planetesimales pueden ser mucho más efectivos que los grandes impactadores, como Theia, cuya colisión con la Tierra se cree que formó la Luna, para impulsar la pérdida atmosférica. Según sus cálculos, se necesitaría un gran impacto para dispersar la mayor parte de la atmósfera; pero en conjunto, muchos pequeños impactos tendrían el mismo efecto.
Hilke Schlichting, profesora asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, dice que comprender los impulsores de la antigua atmósfera de la Tierra puede ayudar a los científicos a identificar las primeras condiciones planetarias que alentaron la formación de la vida.
"[Este hallazgo] establece una condición inicial muy diferente de cómo era la atmósfera de la Tierra primitiva", dice Schlichting. "Nos da un nuevo punto de partida para tratar de entender cuál era la composición de la atmósfera y cuáles eran las condiciones para desarrollar la vida".
Además, el grupo examinó cuánta atmósfera se retuvo y perdió después de los impactos con cuerpos gigantes, del tamaño de Marte y más grandes, y con impactadores más pequeños de 25 kilómetros o menos.
Lo que encontraron fue que una colisión con un impactador tan masivo como Marte tendría el efecto necesario de generar una onda de choque masiva a través del interior de la Tierra y potencialmente expulsar una fracción significativa de la atmósfera del planeta.
Sin embargo, los investigadores determinaron que tal impacto no era probable que hubiera ocurrido, ya que habría convertido el interior de la Tierra en una mezcla homogénea. Dada la apariencia de diversos elementos observados dentro del interior de la Tierra, tal evento no parece haber sucedido en el pasado.
Una serie de impactadores más pequeños, por el contrario, generaría una especie de explosión, liberando una nube de escombros y gas. El mayor de estos impactadores sería lo suficientemente fuerte como para expulsar todo el gas de la atmósfera inmediatamente por encima de la zona de impacto. Solo una fracción de esta atmósfera se perdería tras pequeños impactos, pero el equipo estima que decenas de miles de pequeños impactadores podrían haberlo logrado.
Tal escenario probablemente ocurrió hace 4.500 millones de años durante el Haon Eon. Este período fue uno de caos galáctico, ya que cientos de miles de rocas espaciales giraron alrededor del sistema solar y se cree que muchas colisionaron con la Tierra.
"Por supuesto, teníamos todos estos impactadores más pequeños en ese entonces", dice Schlichting. "Un pequeño impacto no puede eliminar la mayor parte de la atmósfera, pero en conjunto, son mucho más eficientes que los impactos gigantes, y podrían expulsar fácilmente toda la atmósfera de la Tierra".
Sin embargo, Schlichting y su equipo se dieron cuenta de que el efecto de suma de pequeños impactos puede ser demasiado eficiente para conducir la pérdida atmosférica. Otros científicos han medido la composición atmosférica de la Tierra en comparación con Venus y Marte; y en comparación con Venus, los gases nobles de la Tierra se han agotado 100 veces. Si estos planetas hubieran estado expuestos al mismo bombardeo de pequeños impactadores en su historia temprana, entonces Venus no tendría atmósfera hoy.
Ella y sus colegas volvieron al escenario del pequeño impactador para tratar de explicar esta diferencia en las atmósferas planetarias. Según otros cálculos, el equipo identificó un efecto interesante: una vez que se ha perdido la mitad de la atmósfera de un planeta, resulta mucho más fácil para los pequeños impactadores expulsar el resto del gas.
Los investigadores calcularon que la atmósfera de Venus solo tendría que comenzar un poco más masiva que la de la Tierra para que los pequeños impactadores erosionen la primera mitad de la atmósfera de la Tierra, manteniendo intacta la de Venus. Desde ese punto, Schlichting describe el fenómeno como un "proceso descontrolado: una vez que logra deshacerse de la primera mitad, la segunda mitad es aún más fácil".
Esto dio lugar a otra pregunta importante: ¿qué reemplazó finalmente la atmósfera de la Tierra? Tras otros cálculos, Schlichting y su equipo encontraron que los mismos impactadores que expulsaron gas también pueden haber introducido nuevos gases o volátiles.
"Cuando ocurre un impacto, derrite el planetesimal y sus volátiles pueden ir a la atmósfera", dice Schlichting. "No solo pueden agotar, sino reponer parte de la atmósfera".
El grupo calculó la cantidad de volátiles que puede liberar una roca de una determinada composición y masa, y descubrió que una porción significativa de la atmósfera podría haberse reposición por el impacto de decenas de miles de rocas espaciales.
"Nuestros números son realistas, dado lo que sabemos sobre el contenido volátil de las diferentes rocas que tenemos", señala Schlichting.
Jay Melosh, profesor de ciencias terrestres, atmosféricas y planetarias en la Universidad de Purdue, dice que la conclusión de Schlichting es sorprendente, ya que la mayoría de los científicos han asumido que la atmósfera de la Tierra fue destruida por un solo impacto gigante. Otras teorías, dice, invocan un fuerte flujo de radiación ultravioleta del sol, así como un "viento solar inusualmente activo".
"La forma en que la Tierra perdió su atmósfera primordial ha sido un problema de larga data, y este documento contribuye en gran medida a resolver este enigma", dice Melosh, quien no contribuyó a la investigación. "La vida comenzó en la Tierra en este momento, por lo que responder a la pregunta sobre cómo se perdió la atmósfera nos dice lo que podría haber iniciado el origen de la vida".
En el futuro, Schlichting espera examinar más de cerca las condiciones subyacentes a la formación temprana de la Tierra, incluida la interacción entre la liberación de volátiles de pequeños impactadores y del antiguo océano de magma de la Tierra.
"Queremos conectar estos procesos geofísicos para determinar cuál era la composición más probable de la atmósfera en el momento cero, cuando la Tierra se acaba de formar, y con suerte identificar condiciones para la evolución de la vida", dice Schlichting.
Schlichting y sus colegas han publicado sus resultados en la edición de febrero de la revista Icarus.
