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

El Sol en su juventud plantea un problema que ha mantenido ocupadas a mentes científicas de diferentes disciplinas durante más de medio siglo: era más débil y, sin embargo, la Tierra no estaba congelada

Eva Villaver
Imagen del Sol tomada por la nave 'Solar Orbiter' y difundida este mes.
Imagen del Sol tomada por la nave 'Solar Orbiter' y difundida este mes.Sebastian Carrasco (Europa Press)

Es sabiduría popular que un individuo joven de nuestra especie tiene mucha más energía, en promedio, que uno que ya ha blanqueado las sienes. En el caso de las estrellas sucede al revés y son las jóvenes las que emiten menos energía. Esto, si mantenemos el resto de condiciones iguales, es un problema para el origen de la vida. La paradoja es sencilla en su planteamiento: ¿cómo pudo el agua de la Tierra primitiva mantenerse en estado líquido cuando el Sol era mucho más débil? Esta cuestión que aún está sin resolver es una de las más importantes en paleoclimatología.

Aunque fueron el famoso Carl Sagan y su colega George Mullen en una publicación de 1972 quienes popularizaron el problema y propusieron una solución incrementando los gases de efecto invernadero, no fueron ellos quienes se dieron cuenta de su existencia. La discrepancia entre la baja energía que emite el Sol en su juventud y la evidencia de agua líquida en la tierra temprana ya había sido apuntada por William L. Donn y colaboradores en 1965.

La mayor parte de la energía 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 años, la energía que emitía nuestra estrella era un 30% menor que la que emite a día de hoy. La consecuencia directa de este cambio en la energía del Sol tiene como resultado una Tierra completamente congelada durante los primeros millones de años de historia de nuestro planeta, siempre que mantengamos iguales el resto de parámetros que controlan el clima.

Un Sol más débil habría convertido a nuestro hogar en una auténtica bola de nieve. De hecho, así se conoce este efecto de retroalimentación: 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 más áreas se cubran de hielo y esto se traduce en que más energía que llega del Sol se refleja de vuelta al espacio, enfriando aún más el planeta. La consecuencia directa son océanos completamente cubiertos de hielo y un estado de la Tierra conocido como “bola de nieve”.

El Sol era más débil en su juventud que lo que es ahora y esto es una simple consecuencia del modo en que genera energía: a medida que los átomos de hidrógeno se van transformando en helio, el núcleo de la estrella se hace más denso y, como resultado, la eficiencia en la generación de energía es más alta y con ella la cantidad de energía que libera la estrella.

¿Pero por qué esto es un problema? Pues porque hay evidencias de la presencia de agua líquida, e incluso vida, durante ese periodo en la Tierra. Los registros de la atmósfera y los océanos primitivos de la Tierra surgen en el Arcaico más temprano que comprende desde el final de lo que se conoce como el periodo de bombardeo tardío hasta hace 2500 millones años. La evidencia fósil de las primeras formas de vida primitivas (microbios procarióticos del dominio llamado Archaea y bacterias) aparece en rocas con una antigüedad de entre 3500 y 3700 millones de años; sin embargo, la presencia de fragmentos antiguos de grafito (que pueden haber sido producidos por microbios) sugiere que la vida pudo haber surgido en algún momento hace, al menos, 3950 millones de años.

Solucionar el problema que plantea la juventud del Sol en la Tierra requeriría conocer la composición de la atmósfera terrestre durante los eones que duró el periodo arcaico y aquí estudios de geoquímica están obteniendo resultados muy interesantes en los últimos años. También ayudaría obtener modelos más 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 difícil porque requieren un grado de detalle que los hace muy complicados al tener en cuenta la configuración de los océanos y la concentración de gases de efecto invernadero.

Quizás 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 está 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 Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Vacío Cósmico es una sección 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 científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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Sobre la firma

Eva Villaver
Directora de la Oficina Espacio y Sociedad de la Agencia Espacial Española, y profesora de Investigación del Instituto de Astrofísica de Canarias.

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