Nuestro Sol, como todas las estrellas, se comenzó a formar cuando una nube de polvo y gas del espacio interestelar comenzó a aglutinarse. Nadie sabe cómo y cuándo sucedió esto, pero si sabemos que ello fue la primera etapa de una larga y complicada evolución, hasta llegar a constituirse nuestro planeta rocoso, que se caracteriza por tener un núcleo de hierro y una atmósfera rica en oxígeno. La primera etapa fue aquella que llevó a la formación de un planeta de tamaño adecuado, utilizando materiales adecuados. En un comienzo, nadie la hubiera reconocido como nuestra Tierra de ahora, con un rico núcleo central de hierro, un manto hecho de mineral silicato y una delgada corteza rígida superficial.

La vida comenzó en la Tierra hace más o menos 3.500 millones de años, y desde entonces el planeta ha continuado su incansable evolución, hasta llegar a la forma que hoy conocemos. Pero el proceso no se ha detenido y aún continúa. Los terremotos y las erupciones volcánicas son una demostración de ello. Sus placas superficiales continúan moviéndose, los continentes siguen cambiando de forma, y las mismas rocas están continuamente erosionándose, reformándose y reciclándose. Es este proceso el que hace que la Tierra sea diferente a otros planetas del Sistema Solar y que esta diferencia ya se haya marcado aun en su historia primitiva.

La Tierra se formó de la "Nebulosa Solar", constituida de hidrógeno y helio. En la medida que las nubes comenzaron a condensarse, se fue produciendo un equilibrio entre una acumulación de material en el centro de la nebulosa (destinado a formar el Sol), y el movimiento externo de gas y polvo que fueron la materia prima para formar los planetas. Atomos, moléculas y pequeñas partículas entraron en un continuo contacto y en la medida que giraban, iban formando mayores conglomerados. Eventualmente estos conglomerados fueron creciendo hasta llegar a formar los
llamados "planetesimales" con un tamaño de 10 km. Lo que es más importante, es que estos fueron adquiriendo gravedad, lo que facilitó la interacción entre unos y otros.


Ingredientes de la tierra, una receta de rocas

Fue la colisión de estos planetesimales los que comenzaron a dar forma a los planetas del futuro. Podría comprenderse mejor los efectos de estas coaliciones haciendo un modelo computacional, en que digamos que hubieran unos 1.000 de estos cuerpos orbitando alrededor del Sol, y en los que se pudiera monitorear siguiendo la evolución de cada uno y el efecto de cada colisión. Pero sería como tratar de entender el comportamiento de un gas monitoreándo las moléculas individuales. El calculo total de las colisiones, requería de mucho tiempo, aún si se dispusiera de los más poderosos computadores. Ante esta dificultad los investigadores han tratado de simplificar el modelo, tratando los cuerpos no individualmente, sino que en grupos. Con este modelo, ellos lo han echado a correr muchas veces, quedándose en definitiva con los resultados más comunes.

El modelo predice muchos impactos. Según él, es muy probable que algunos de los cuerpos mayores chocaran entre si, generando tal vez suficiente calor como para fundir algunos de ellos. También el modelo sugiere, que los impactos entre los planetesimales grandes pueda explicar algunos de los extraños hechos que se observan en el Sistema Solar actual. Así por ejemplo, a diferencia de los otros planetas, Venus gira en una trayectoria opuesta alrededor del Sol, mientras que Urano tiene su polo magnético perpendicular a su eje de rotación.

Del mismo modo, estos impactos pueden explicar también el origen de la Luna, cuando probablemente un cuerpo del tamaño de Marte chocó a la primitiva Tierra, desprendiendo lo que hoy es la Luna. Tal vez muchas otras enormes colisiones pudieron también lanzar rocas al espacio, formando los asteroides. Así por ejemplo, el estudio de la composición química de un grupo de meteoritos encontrados en la Antártica, sugieren que ellos pudieran haber venido de Marte, como consecuencia de estos mismos impactos (son estos mismos meteoritos encontrados en la Antártica los que ahora hacen pensar a algunos científicos que podría haber existido vida primitiva en Marte) (Creces, Enero 1997).

En la medida que la Tierra continuó evolucionando, continuó también el bombardeo, pero su frecuencia fue disminuyendo. Los planetas embrionarios, orbitaban alrededor del Sol, en compañía de muchos otros cuerpos pequeños. En la medida que colisionaban y se fragmentaban, los más pequeños incrementaban a los más grandes. Así las colisiones se fueron haciendo menos frecuentes.

La observación de las frecuencias y densidades de estos impactos, en los distintos planetas y sus lunas, nos dan una pauta de su mayor o menor historia. Aquellos que tienen más cráteres, claramente son más antiguos que los que tienen menos. Desgraciadamente en el caso de la Tierra, esta medición no sirve, porque nuestro planeta estuvo mucho tiempo cubierto por agua, y además ha sido reciclado muchas veces a través del movimiento de las placas tectónicas.

Aún cuando faltan muchas evidencias del pasado, algunas cosas están claras. Hace 4.500 millones de años atrás, la Tierra estuvo muy caliente, y tal vez hace 100 millones de años, aún tendría una temperatura de 5.000 grados Kelvin. En la medida que los planetesimales comenzaron a golpearse, también los planetas embrionarios se calentaron.

Probablemente el impacto que formó la Luna, generó suficiente cantidad de calor, como para fundir la mayor parte de la Tierra, llegando a producirse un verdadero océano de magna, que incluso pudo haber alcanzado hasta el núcleo de la Tierra. En esta etapa de su evolución, seguramente que la Luna fue completamente fundida, también como consecuencia del mismo impacto. Pero a partir de esta separación, la historia de la Luna y la Tierra comenzaron a divergir. Así por ejemplo, el Océano de Magna de la Luna, comenzó a cristalizar en una gruesa corteza, como pudieron comprobarlo los astronautas del Apolo. La Tierra también fundida, tomó un camino diferente.

El enfriamiento de la Luna, siguió un patrón simple (que también se ha visto en algunas grandes rocas fundidas en la Tierra). Los primeros minerales se formaron cuando las rocas se enfriaron y comenzaron a formarse cristales. Los minerales que crecieron primero, fueron diferenciándose de acuerdo a la temperatura y presión de la roca fundida, de modo que su identificación puede ahora proporcionar información muy útil. Muchas veces las rocas ígneas, contienen minerales llamados "feldspars", de forma semejante a los ladrillos de una casa y de color blanco, rosado o amarillo. Ellos están hechos de silicon, aluminio y oxígeno, en un marco con calcio, sodio y potasio.

La Luna contiene un tipo de feldspars,
llamados "plagioclase", en una variedad que contienen sodio y potasio, en cristales que sugieren que fue el primer mineral que se formó al enfriarse las rocas. Los cristales de plagioclase, eran menos denso que el todo de la magna, de modo que flotaron y se unieron como para formar una corteza. La magna inmediatamente debajo, llegó a ser más densa y eventualmente comenzaron a cristalizar diferentes minerales. Este proceso se ha llamado "cristalización fraccionada"(fig. 2). El proceso es común también en la Tierra, donde se han producido familias características de rocas.


Tipos fraccionales, la primera atmósfera

Porque ciertos elementos inusuales tienden a acumularse en los cristales y otros en la magna que queda bajo, el patrón de su distribución en la roca que se forma, es un signo muy seguro que la cristalización fraccionada ha jugado un rol fundamental en su formación.

Un ejemplo de ello es el elemento "europium". Este elemento raro tiende a acumularse en los cristales plagioclase que se van estructurando en esta forma. Las rocas de la Luna, tienen justamente este patrón, con una cantidad extra de europium en las rocas plagioclases. Pero las rocas primitivas de la Tierra no muestran esta anomalía del europium. Sea cierto o no que la Tierra prácticamente se habría fundido como resultado del impacto gigante que generó la Luna, ella no se habría enfriado en la misma forma. La Tierra no tiene tanto calcio y aluminio como tiene la Luna, con un resultado que este plagioclase no se acumuló. Pero además la Tierra tenía más agua que la Luna, y esto significó una gran diferencia: cuando el plagioclase se formó, a diferencia de la Luna, más que flotar, se hundió en una magna húmeda.

En la Tierra, la estructura en capas, comenzó a formarse muy temprano en su historia. El "núcleo" que ahora representa un tercio de la masa de la Tierra, se formó en los primeros 100 millones de año de su historia. El núcleo está constituido principalmente de hierro, que probablemente se fundió y se hundió al centro del planetesimal, en esta forma se fue acumulando.

Desde entonces parece que ha habido poca mezcla entre el núcleo y el manto. Pero la historia del manto y la capa más externa de la Tierra, la corteza, es muy diferente. Hoy día el manto mismo está estratificado. La corteza continental, flota sobre el líquido del manto y las placas tectónicas constantemente forman y reforman la corteza del fondo de los océanos.

¿Cómo y cuándo comenzaron a existir las capas que diferencian el manto y la corteza?. De nuevo, las evidencias son escasas, pero existen. La mayor parte de ellas vienen del estudio de la química de la Tierra, y de la comparación de esta con respecto a otras rocas que han llegado de otras partes del Sistema Solar, especialmente provenientes de meteoritos. Sorprendentemente, muchas de estas rocas tienen composiciones similares, por lo que los científicos se han podido formar una idea del promedio de la composición del Sistema Solar. De las comparaciones con la composición de la Tierra, queda en evidencia cuan diferente es la composición de nuestro planeta con relación al resto.

Lo que es curioso, como resultado de la comparación de los minerales de la constitución química cósmica y la nuestra, es que ahora comenzamos a entender de donde viene nuestra "atmósfera". Está claro que nuestra atmósfera actual no proviene de la Nebulosa Solar. Los gases como el neón, son muchos millones de veces más raros en la Tierra que en el Sistema Solar en globo. Si nuestro planeta pudo haber comenzado con la misma composición de gases que el resto, ellos posteriormente han sido totalmente desplazados hacia el espacio.

Debemos concluir entonces, que nuestra atmósfera se originó a partir de gases provenientes del interior de la Tierra. Ahora la actividad volcánica produce una mezcla de gases, especialmente dióxido de carbono, pero también dióxido de azufre, monóxido de carbono e hidrógeno entre otros. De modo que la atmósfera primitiva, probablemente estuvo constituida por estos mismos materiales, especialmente dióxido de carbono. Del mismo modo, la presión atmosférica en aquel tiempo era probablemente diez veces más alta que la actual. Los océanos se comenzaron a formar con el agua proveniente de la condensación de los gases volcánicos. Los volcanes trajeron a la superficie estos gases y agua, del manto de la Tierra, que se habían acumulado cuando la Tierra se formó. También es posible que los impactos de otros cuerpos, hayan también traído agua y gases que se agregaron a nuestra atmósfera e hidrósfera.

El oxígeno comenzó a acumularse lentamente, en la medida que la energía del Sol iba quebrando moléculas, como el dióxido de carbono y el agua. Pero sin duda que fueron los elementos vivos (como es ahora), los que contribuyeron en mayor cantidad a la acumulación de oxígeno en la atmósfera. Rocas de Groenlandia, de una antigüedad de 3.800 millones de años, ya contienen trozos de carbón, que probablemente provienen de algunas formas de vida muy simples. Las algas azules, verdes, ya hace 3.500 millones de años, fueron formando parte en la constitución de módulos rocosos, los "estromatolitos". En la medida que las plantas fueron evolucionando, consumían anhídrido carbónico y exhalaban oxígeno, con lo que la atmósfera se iba haciendo más hospitalaria. Eventualmente los animales dejaron el mar y buscaron la tierra seca.

Pero antes que pudieran dar este enorme paso, tuvo que crearse la tierra seca, y esto significó la aparición de la "corteza (litosfera) continental". La primera corteza de la Tierra, se hizo de basalto, semejante a la corteza que forman hoy día las ondulaciones del fondo del mar. El basalto es una roca negra dura, hecha de cristales muy pequeños invisible al ojo desnudo. Es la roca que constituye ahora las islas volcánicas de Irlanda y Hawai.

El basalto constituye el fondo de los océanos, sobre la cual se ha ido depositando una delgada capa de depósitos sedimentarios. Sobre esta corteza de los océanos, formó la tierra seca. Durante los primeros miles de millones de años, la superficie de la Tierra consistía solo en mar, interrumpido por cadenas de islas volcánicas. Probablemente en aquella época la Tierra exhalaba vapor, de fuerte olor, dado por la mezcla de gases, como hidrógeno, sulfito de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de azufre, y muchos otros que salían de la continua actividad volcánica que formaba la atmósfera de ese entonces. Con la luz, y la irradiación solar, los gases volcánicos reaccionaban entre si. El vapor que acompañaba a cada erupción, no era reabsorbido por las rocas, sino que se iba acumulando lentamente hasta llegar a constituir los océanos. En la medida que el agua se iba acumulando en los océanos, más y más actividad volcánica iba sucediendo bajo el agua, en la misma forma que esto sucede ahora.

La parte más antigua del continente actual es hecha de rocas sobre el basalto, que alguna vez eran granitos o rocas similares. El granito es una roca ligeramente coloreada, hecha de grandes cristales, que son fácilmente visibles al ojo desnudo y a veces hasta miden algunos centímetros. El granito forma ahora "zonas de subducción", regiones en que el piso del océano se desliza en los continentes. La corteza de los océanos es húmeda, porque las rocas ígneas formadas bajo el mar en las cortezas oceánicas, el de mar circula a través de quebraderas y fisuras que se formaron cuando la lava aparecía y se enfriaba. Cuando esta va abajo las zonas de subducción, el agua que contiene se calienta y sale a través del manto. El agua y otros elementos relativamente volátiles hacen que el manto se funda.


Cresta continental, oxigeno en el aire

Así es como se formaron las primeras capas de corteza terrestre continentales. El granito y sus rocas asociadas, son mucho menos densas que el basalto, por eso cuando se formaron las cortezas continentales, flotaron sobre las rocas densas de abajo. Su flotabilidad hacía difícil su destrucción, a diferencia de las costras oceánicas. Aún existen rocas que se formaron hace 4.000 millones de años. La mayor parte de los antiguos núcleos de los continentes, se formaron hace 2.600 millones de años. Con los continentes se produjo un gran cambio en la atmósfera. En la medida que se fueron formando, fue rodeándolos un mar poco profundo. La vida floreció en esta agua ribereñas, incrementando la producción de oxígeno. La mayor parte fueron algales, resultando, por ejemplo en el crecimiento de estramatolitos. Las algas formaron montículos de mineral de calcita (carbonato de calcio), atrapando más dióxido de carbono en la hidrósfera, permitiendo que se escapara menos a la atmósfera. El resultado neto fue un gran incremento en la proporción de oxígeno de la atmósfera.

Cuando la Tierra tenía dos mil millones de años de vida, ya existían suficientes rocas, lo que ya le daban su característica. Las rocas que sobrevivieron son de dos tipos: rocas graníticas, junto con rocas volcánicas y sedimentos conocidos como cordón de rocas verdes (greenstone), todas ahora metamorfoseada. Lava, conglomerados, rocas barrosas y rocas arenosas pueden todas encontrarse en estas antiguas rocas. Hay también fósiles de criaturas primitivas como algas. La mayor parte del mundo, incluyendo el fondo profundo del mar, se habría visto entonces, como se ve ahora. Los fragmentos de estas primitivas cortezas, en lugares como Australia, el sur de Africa y Canadá, consisten en áreas de rocas graníticas separadas por cordones de piedras verdes, formando mosaicos. Los cordones de piedras verdes están a menudo estrechamente doblados, como una concertina, mientras que las rocas graníticas alrededor de ellos están menos distorsionadas. El padrón formado superficialmente es semejante a los arreglos de las placas de hoy (fig. 3).

¿Entonces las placas de la tierra trabajaban de la misma forma que lo hacen ahora?. Las evidencias son escasas, pero sugieren que si podía haber en ese entonces cierta interacción entre placas de corteza, estas estaban lejos de trabajar como las placas hoy día. Hace 4.000 millones de años, debe haber habido algo como subducción, porque las antiguas formas graníticas se formaron como lo hacen hoy. Pero las áreas graníticas estables eran generalmente más pequeñas que las placas, por lo que el cordón de piedras verdes experimentaban un diferente tipo de deformación. Los cinturones de montañas como los Himalaya registran enormes movimientos horizontales; su deslizamiento hacia arriba en el resultado de dos masas de tierra convergentes. Desde que comenzaron a chocar, India y Asia se han movido por lo menos 2.000 kilómetros. Hay muchas evidencias que el cordón de piedras verdes se han levantado y combado, pero hay muy pocos signos de choques. En cambio, los cordones de montañas modernos, formados por colisiones continentales se conocen como "cinturones orogénicos": ellos se deben a los movimientos relativos de las placas.

Los cordones orogénicos más antiguos reconocibles se formaron alrededor de 2.000 millones de años atrás. La principal razón por su ausencia anterior es probablemente el calor. La Tierra comenzó su vida con una temperatura de alrededor de 1.000° C y desde entonces se ha estado enfriando. Durante los primeros 2.000 millones de años, el manto estuvo demasiado caliente para que actuaran las placas en una forma rígida como lo hacen hoy día. Las rocas deben haber sido demasiado amorfas como para soportar movimientos horizontales. En la medida que las placas se enfriaron, apareció el comportamiento moderno de las placas tectónicas y con él, el constante reciclarse del volumen de las crestas de la Tierra.

Las "placas tectónicas" demuestran que el piso del océano está continuamente creándose y destruyéndose: Son muy nuevas y nada de ella tiene más de 200 millones de años. Los continuos cambios útiles en los movimientos relativos de las placas, contraen y expanden las cuencas oceánicas, en la misma forma que los continentes se separan y se unen. El mapa del pasado de la superficie de la Tierra, era muy diferente al mapa de hoy día. Terremotos, volcanes y erosiones por el viento y el agua, han estado presente casi desde el comienzo. Han crecido las extensiones de las montañas y las edades de hielo han venido y se han ido. A pesar de esta continuidad, la Tierra debe haberse visto como algo muy extraño durante la mayor parte de su historia, ya que carecía de plantas y vida vegetal.

Los elementos vivos jugaron un enorme rol en la evolución del ambiente en que hoy vivimos. Las primeras manifestaciones vivas en la Tierra fueron algas, preservadas en rocas fósiles de hace 3.500 millones de años. La vida antes de esto era tan primitiva, que incluso no existía la fotosíntesis. Así por ejemplo, las primeras etapas de la vida, fueron probablemente algas y bacterias que se desarrollaban en aguas calientes o en las fuentes hidrotermales, o en las emanaciones de las profundidades del océano, cerca de las erupciones volcánicas. Más tarde, en la media que la atmósfera fue más rica en oxígeno, fueron apareciendo en el océano formas de vida más complejas. Pero la vida en la tierra estuvo restringida por miles de millones de años a formas muy simples. Las primeras algas deben haber existido en ambientes muy especiales como en las emanaciones de vapor del Parque Nacional Yellowstone. Los ríos, sin las plantas que estabilizaran sus cursos, seguramente desarrollaron muchas rutas alternativas.

Las plantas se establecieron desde hace solo 350 millones de años, cuando aparecieron los bosques, que luego llegaron a formar los depósitos de carbón. Seguramente que los árboles de entonces, nos parecerían extraños ahora. En esa superficie extraña se desarrollaron grandes y complejas criaturas, hasta que eventualmente llegó el Hombre. Pero sin la interacción de la biología, la física y la química de la Tierra, la historia habría sido muy diferente.