Atmósferas primitivas de la tierra

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Este artículo en PDF, publicado en la revista Nature, profundiza en el fascinante tema de las características químicas de la Tierra y sus orígenes. Los autores, Edward D. Young, Anat Shahar y Hilke E. Schlichting, utilizan un modelo termodinámico autoconsistente para explorar cómo el agua de la Tierra, el estado de oxidación intrínseco y la densidad del núcleo metálico pueden tener su origen en el equilibrio entre las atmósferas primitivas ricas en hidrógeno y los océanos de magma subyacentes en sus embriones planetarios progenitores.

El estudio comienza destacando la importancia de comprender los rasgos químicos de la Tierra. El agua es esencial para la vida tal como la conocemos y desempeña un papel crucial en la configuración de la geología y el clima de la Tierra. El estado de oxidación intrínseco del planeta también es significativo porque afecta al comportamiento de elementos como el hierro y el azufre en el manto y el núcleo de la Tierra. Por último, la densidad del núcleo metálico es un rasgo fundamental que distingue a la Tierra de otros planetas rocosos.

Para comprender el origen de estos rasgos, los autores se basan en la investigación sobre exoplanetas. Los estudios de exoplanetas han demostrado que muchos planetas rocosos se formaron con envolturas ricas en hidrógeno que se perdieron con el tiempo. Esto sugiere que la Tierra también pudo formarse a partir de cuerpos con atmósferas primarias ricas en hidrógeno.

A continuación, los autores presentan su modelo termodinámico autoconsistente, que tiene en cuenta los efectos de la presión, la temperatura, la fugacidad de oxígeno (una medida de la disponibilidad de oxígeno) y otros factores sobre el comportamiento de los elementos durante la formación planetaria. Utilizan este modelo para simular la formación de planetas similares a la Tierra a partir de condritas de enstatita, un tipo de meteorito que se cree que representa algunos de los primeros materiales de nuestro sistema solar.

Las simulaciones muestran que si las condritas de enstatita fueron el material de partida para la formación de la Tierra, entonces habrían tenido una baja abundancia de hidrógeno en comparación con otros elementos volátiles como el carbono y el nitrógeno. Sin embargo, si estas condritas se enriquecieron en hidrógeno a través de interacciones con una atmósfera rica en hidrógeno durante su formación o más tarde en su historia, entonces podrían haber proporcionado el hidrógeno necesario para formar el agua de la Tierra.

Los autores también concluyen que el estado de oxidación del manto y el núcleo de la Tierra puede explicarse por el equilibrio entre las atmósferas primarias ricas en hidrógeno y los océanos magmáticos subyacentes. En concreto, demuestran que si los embriones planetarios progenitores de la Tierra tenían atmósferas ricas en hidrógeno, los océanos de magma que se formaron bajo ellos habrían estado más oxidados que si se hubieran formado sin dichas atmósferas. Esto habría dado lugar a un manto y un núcleo más oxidados en el planeta resultante.

Por último, los autores exploran cómo la densidad del núcleo metálico puede explicarse por el mismo proceso de equilibrio.