¿Cómo se formó?Influencia de la vida en la historia

del planeta

El Primer Océano

Fueron los sumerios los primeros en “descubrir” el

océano

• .

Pierre Simon Laplace

Recién en el siglo XVII aparecerán las primeras teorías científicas del origen del planeta.

Las primeras teorías (Descartes, Burnett, Whiston) tratan de conciliar sus ideas con la teología. Buffon (1749) es el primero en una teoría que no tiene en cuenta milagros o catástrofes divinas (choque de un cometa).

• Antes de enfriarse los mares estaban en forma de vapor en la atmósfera.

• Laplace en 1796 habla de una formación simultánea del Sol y los planetas. Sin embargo dos ideas de Laplace y Buffon toman fuerza:

• Un solo fenómeno físico origina el sistema solar.

• El océano no aparece temprano en la historia de la Tierra (T) dado que la temperatura no permitiría la existencia de agua en estado líquido.

El sistema solar original• Nube de gases y polvo que se aisla en nuestra galaxia. Son observadas

actualmente y la contracción gravitacional forma estrellas jóvenes en su centro.

El Proto-Sol está formado por hidrógeno, helio y elementos más pesados (carbono, nitrógeno, oxigeno, etc. hasta el uranio). En nuestro sistema, el resto de la nube de gases y polvos se condensa progresivamente en forma de disco conduciendo a la formación de la “nebulosa solar”. Esta acompaña al Sol en su rotación y da lugar a la aparición de los planetas

¿Cuándo aparece nuestro sistema solar?

Intervención de la geoquímica

• El Big-Bang ocurrió hace unos 15000 millones de años. El sistema solar es mucho más reciente. Se conoce con certeza por estudios geoquímicos de los meteoritos que muestran una composición química e isotópica idéntica a las rocas terrestres. La desintegración del Rb-87 se traduce en la emisión de u electrón y la creación de un nuevo elemento (Sr-87).

• La medición simultánea de Rb-87 y de isótopos del Sr en un gran número de meteoritos ha mostrado que todos poseen la misma edad. Su formación se produjo hace unos 4500 millones de años, lo que da una primera estimación de la edad del Sol y los planetas del sistema.

La creación de los planetas

• Actualmente, el escenario que más está de acuerdo con las observaciones es definido como “aglomeración progresiva de objetos sólidos que se transforma en aumento de la masa y el tamaño”. Existen aún algunas dudas ya que las teorías son recientes (la primera es de Cameron, 1978) y se van modificando.

• Nuestro propósito es saber más sobre el primer océano.

La capa o cobertura de fluidos de los planetas internos

• A excepción de Mercurio, (planeta pequeño, de poca masa, no puede retener una atm.), los otros 3 planetas internos (Venus, Marte y T) tienen atm, aunque muy diferentes en su composición.

• Las sondas espaciales han mostrado que la atm. de Venus posee un 95% de gas carbónico, 4% de N, no existe vapor de agua, CO2 ni O2. Es una atm. densa y la presión atmosférica es 100 veces la de la T. Por contrario en Marte la presión es débil (6HPa) pero su composición química es muy similar a la de Venus. Hay agua, pero fija en calotas glaciares en zonas polares.

• La composición química de la T es muy diferente, y es la vida la que ha cambiado la ecuación inicial. Por ejemplo, la fotosíntesis, la captura de CO2 en organismos bivalvos y otros (CO3 Ca). En ausencia de vida existía mucho CO2, poco O2 y algo de N.

• Ninguno de estos planetas tiene una atm. similar a la inicial, en la que H y He dominaban. La tasa isotópica 20 Ne / 36 A es similar en las 3 atmósferas (lo que sugiere un origen común) pero muy distinta al Sol, lo que sugiere que el Sol y los planetas no se formaron a mismo tiempo.

Venus

Mercurio

Mapa de Marte

• Estos grandes impactos liberan enormes cantidades de polvos que oscurecen por completo la atmósfera, tornando a la misma totalmente opaca, por consecuente toda la energía liberada en estas colisiones queda contenida lo que genera temperaturas muy altas.

• Desde que la T. alcanzaba 1/3 de su diámetro actual, las colisiones más importantes llevaron la temperatura a unos 1200°C.

El escenario para la formación de la atmósfera es básicamente:

a) Acreción de metales (Fe en su núcleo)

b) Todos los otros elementos en su forma de óxido

c) Los choques con planetoides liberan los gases atrapados en las rocas (no restan inertes)

• El océano fue inicialmente de magma, (origen silíceo). Debido a la solubilidad, en este océano de vidrio fundido con profundidad de decenas de km, la convección llena los fondos de materia rica en agua. Los gases (CO2. gases raros, etc.).

• Con el tiempo, las colisiones disminuyen y la temperatura desciende. El océano de magma se petrifica (duró menos de 100 millones de años). Por debajo de 330°C, el agua se condensa y provoca lluvias torrenciales que dan origen al primer océano que acompañará a la T por el resto de su historia.

• No hay conocimientos certeros de la formación de la atm. en los primeros 500 millones de años del planeta. Por varios centenares de millones de años, la atm. y el océano fueron muy diferentes a los actuales. El océano era pobre en oxígeno. Sin embargo con el correr del tiempo las colisiones van desapareciendo y comienza un enfriamiento.

¿Cómo fue el primer océano?

• La liberación de los gases continúa. Los mares eran puestos en movimiento por los vientos y las olas morían en playas de arena. El mar recibía todos los restos de la erosión continental. En taludes abruptos, las corrientes de turbidez, provocaban avalanchas de sedientos (aún hoy se observan), las partículas más gruesas llegan primero al fondo, luego lo hacen las más finas.

• El calor diferencialmente recibido del Sol provoca gradientes de temperatura lo que conduce a un ciclo hidrológico activo: el agua se condensa en zonas frías y se evapora en las cálidas, así van apareciendo las lluvias en los continentes.

• Al disolver el CO2 son atacadas rocas expuestas, los ríos llevan al mar Ca, Mg, K, algo de Fe y sobre todo Na que al combinarse con aniones Cl- forman la sal marina. El océano ya estaba saturado en carbonatos, los sedimentos del N de Groenlandia (Isua) y de Africa del Sur son debidos a la deposición de carbonatos de Ca y Mg. El CO2 era el principal agente erosivo.

La aparición de los seres vivos

• Las primeras formas de vida son las bacterias (hace unos 3800 millones de años) que formaban comunidades donde se mezclaban distintas bacterias. Se alimentaban de moléculas orgánicas y otras efectuaban una suerte de fotosíntesis consumiendo CO2, HS, y produciendo glucosa, S y agua. Este fue un paso muy importante: seres vivos que no dependen de nutrición exterior, elaboran sustancias orgánicas y poseen órganos especializados, p. ej. una membrana activa que permitía la entrada de alimentos y la excreción de deshechos, enzimas que catalizaban la síntesis químicas necesarias y hasta 1 cromosoma portador de toda la información genética.

• Poco más tarde aparecen las algas azules, con un nuevo modo de fotosíntesis, que necesita más energía pero que toma H de agua (que ya era abundante). Un gas nuevo, el oxígeno, aparece producto de la reacción química de los deshechos tóxicos de estas algas.

Bacterias y arqueas

• Los antepasados de los procariotas modernos fueron los primeros organismos (las primeras células) que se desarrollaron sobre la tierra, hace unos 3.800-4.000 millones años. Durante cerca de 3.000 millones de años más, todos los organismos siguieron siendo microscópicos, bacterias y arqueas eran las formas de vida dominantes

• Las secuencias genéticas sí se pueden utilizar para reconstruir la filogenia (historia evolutiva) de los seres vivos, y estos estudios sugieren que arqueas y eucariontes están más relacionados entre sí que con las bacterias.

• Otros científicos sostienen que tanto Archaea como Eukarya son relativamente recientes (de hace unos 900 millones de años)y que evolucionaron a partir de una bacteria del grupo Gram-positivo.

• El antepasado de los eucariontes, que posiblemente estaba relacionado con las arqueas, ingirió una proteobacteria que, al escapar a la digestión, se desarrolló en el citoplasma y dio lugar a las mitocondrios. Éstas se pueden encontrar en todos los eucariontes. Después, e independientemente, una segunda endosimbiosis por parte de algún eucarionte mitocondrial con una cianobacteria condujo a la formación de de algas y plantas.

• Dado que el medio ambiente era reductor, el O2 era capturado y pasaron cientos de millones de años antes que el O2 pudiera acumularse en pequeña cantidad libre en el aire. Algunos hechos son:

• Aparece el mucus de algas--> cemento y trampa para partículas minerales -->algas dominantes más complejas --> aumenta el O2 --> regresión de bacterias primitivas.

• Se forman yacimientos férricos (óxidos, silicatos, sulfuros) esencialmente en áreas poco profunda que interactúan con la vida marina, cuando aún el O2 era pobre (hace~2500 millones de años) dado que sino el Fe hubiera sido capturado como óxido ferroso. Los enormes yacimientos de Fe no pueden tener su origen ni en el vulcanismo ni en los ríos --> se deben a procesos oceánicos.

• Se piensa que existían 2 capas (tipo Mar Negro): una superficial con O2 y otra más profunda muy pobre en O2. Como en la superficie existen momentos de reproducción excesiva de algas (blooms), éstas luego se descomponen, dejando las aguas sin O2 --> luego se recuperan y el ciclo recomienza y se forman nuevos yacimientos de Fe ayudados por el upwelling --> que trae nutrientes en exceso, se libera O2 y precipita el exceso de Fe en óxidos si existe suficiente O2 y sino como sulfuros o carbonatos.

El aumento de oxígeno en la atmósfera

• En las costas de Canadá se encuentran fósiles de hace ~1500 millones de años de organismos unicelulares en yacimientos de Fe muy similares a organismos modernos, con un núcleo que encierra el material genético y órganos especializados para las funciones vitales. Estas células necesitan O2 para respirar ya que no existen en un medio reductor.

• Se reúnen para formar algas grandes e invaden el océano, las algas azules y las bacterias buscan refugio donde la fermentación mantiene al medio como reductor. El aumento de O2 es lento porque es muy utilizado en los cambios del medio terrestre (entra al mar y es llevado al fondo, formando sedimentos, etc.).

• El O2 emitido por el plancton transforma progresivamente al océano primitivo en el actual hace unos 900 millones de años. Se considera que un 10% del O2 actual es un umbral para satisfacer las necesidades de organismos complejos con roles definidos (celulares).

• Estos son ejemplos de cómo la vida afecta al medio marino, estos procesos se amplificaron en el curso del tiempo geológico.

• Las plantas y animales pluricelulares desarrollan sistemas de circulación capaces de disolver y transportar el O2 necesario a los tejidos diferentes. Esta compleja transferencia no sería eficaz si el O2 no es abundante en el medio. Las formas de vida más evolucionadas no pueden existir en presencia de radiación u.v. (las bacterias y las algas azules tienen mecanismos de defensa).

• Una parte del O2 pasa a la alta atm y forma ozono que filtra la u.v hasta un umbral suficiente para que aparezcan los organismos más complejos hace unos 600 millones de años. Allí el no es más sobreutilizado y comienza a pasar a la atm. Aparece una diversificación de seres vivos unicelulares (aún sin esqueleto o concha) que perdieron la capacidad de autótrofos y se nutren de bacterias y algas: los predadores.

• De aquí en adelante los vegetales que producen su materia orgánica por fotosíntesis y los animales que se nutren de materia orgánica ya sintetizada, se desarrollan en paralelo. Aparecen las antiguas medusas y hace unos 500 a 700 millones de años se produce una explosión de vida invertebrada en el océano. El O2 continúa aumentando y la vida diversificándose. Hace unos 500 millones de años aparecen los primeros peces y el último umbral es alcanzado cuando el O2 es suficiente para permitir colonizar los continentes, hace unos 100 millones de años.

• Así, finalmente van apareciendo los árboles y animales cada vez más evolucionados que invaden todos los nichos ecológicos del planeta.

Gracias por la atención