Tiempo Geológico: Formación de la Tierra

Entendemos por tiempo geológico la estimación de la historia y vida del planeta Tierra, así como la división de este tiempo en periodos concretos, separados entre sí por acontecimientos concretos, y que se denominan eras geológicas.

Analizaremos el paso del tiempo y mostraremos las evidencias que han hecho que las teorías que muestran el Universo como un sistema en cambio continuo hayan triunfado sobre aquellas que podríamos catalogar como inmovilistas.

Veremos que el tiempo geológico traspasa la naturaleza humana. Los procesos geológicos, al igual que los procesos evolutivos, tienen lugar a un ritmo tan lento que los resultados suelen ser inapreciables si usamos como escala, o referencia, la vida de un ser humano.

Formación de la Tierra

Proceso de Formación

El ser humano ha asumido, desde tiempos inmemoriales, el hecho de que la Tierra en particular y el Universo en general han debido partir de un principio. Es decir, debe existir un punto, un tiempo o una época en la cual el mundo ha sido generado, creado o ha surgido de alguna forma.

Antes de que los estudios científicos se dedicaran a ahondar en el tema, las principales explicaciones sobre el origen de la Tierra son, básicamente, religiosas. Prácticamente todos los pueblos o culturas poseen sus propias explicaciones sobre cómo se originó la Tierra, siempre con un marcado carácter mítico.

Al igual que sucede con las teorías que explicaban la aparición de vida en la Tierra, la cultura popular y las religiones han basado sus explicaciones sobre los orígenes del planeta en un plano creacionista: un ser superior, llámese dios o de cualquier otra forma, crea el mundo de una forma idéntica o muy similar a como ahora lo conocemos.

Poco a poco, la ciencia ha ido desentrañando el misterio sobre cómo se ha originado el planeta, sobre nuestra procedencia y nuestros orígenes.

En los albores de la formación del sistema solar, encontraríamos una gran masa central, precursora del Sol, nuestra estrella, con una gran cantidad de material incandescente, formado fundamentalmente por polvo estelar, rocas y gas, rotando a su alrededor. Todos estos materiales sólidos o semisólidos se irían ligando mediante un proceso de acrección. La mayor parte de los materiales acumulados serían hidrógeno y helio, los dos átomos más abundantes (y más simples) generados tras el big-bang que habría originado el Universo.

El resto de átomos más pesados, desde el calcio o el hierro, hasta el titanio o el oro, provendrían principalmente de materiales eyectados tras la explosión de supernovas.

La acumulación central de helio e hidrógeno iría formando una gran masa que tendería a crecer por procesos gravitatorios: cuanto más masa adquiere, mayor es su capacidad de atraer gravitatoriamente a otros elementos, lo que hace que aumente de tamaño. Cuando se alcanza una cierta masa, la acumulación de helio e hidrógeno comienza a provocar procesos de fusión nuclear. Los procesos de fusión nuclear son los responsables de la emisión de energía (fundamentalmente luz y calor) por parte de la masa central. Es decir, la masa central se ha transformado en una estrella. 

El polvo, rocas y gas que permanecía alrededor de la estrella que se acababa de formar, pero que carecía de masa suficiente para ser atraída gravitatoriamente por ella, formará el disco protoplanetario. En diferentes puntos, correspondientes a las actuales órbitas de los planetas, los materiales comienzan a condensares, formando masas de mayor tamaño que acabarán dando lugar a los planetas tal como los conocemos. Las masas, al orbital, van captando todos los objetos que se encuentran en su órbita, adquiriéndolos. Y del mismo modo que la estrella en formación habría atraído materiales cercanos por atracción gravitatoria, los planetas en formación van captando materiales que rodean su órbita por medio de esta misma fuerza, de forma que la adquisición de masa promueve que aumente su fuerza gravitacional y su capacidad de captar masas y rocas cercanas a su órbita.

De esta forma, la Tierra se habría formado por la acrección de materiales, tales como rocas, polvo y gases que se encontraban en la zona que hoy ocupa la órbita terrestre. Al principio, los materiales se agregan formando una masa incandescente, que poco a poco se va enfriando, formándose en el proceso de enfriamiento las diferentes capas internas de la Tierra, así como las rocas superficiales. En resumen, la masa incandescente se va solidificando progresivamente.

En algún momento tras las primeras fases de acrección de materiales, algún objeto chocó violentamente contra la Tierra. Existen dos opciones, o bien un objeto salido de otra órbita, tal como un gran asterioide o  un cometa, que se cruzó en la órbita de Tierra, o bien un segundo portoplaneta en la misma órbita que la Tierra en formación y que colisionó con ésta por alcance (al ser más pequeño, presumiblemente giraría a mayor velocidad).

De una forma u otra, la colisión originó que una parte de los materiales de la Tierra saliesen proyectados, formando un cuerpo independiente que por atracción gravitatoria comenzaría a girar alrededor de la Tierra, es decir, de la masa mayor de materiales incandescentes. Este objeto es lo que hoy constituye la Luna, el satélite de nuestro planeta.

Tras la solidificación de los materiales, la parte gaseosa iría consolidándose alrededor del área rocosa formando la atmósfera. Parte de los materiales de la atmósfera se enfriarán y precipitarán en la Tierra, formando parte de la hidrosfera. Aunque hay en día se considera que la mayor parte de la hidrosfera debe proceder del choque de objetos espaciales, sobre todo de cometas.

Edad de la Tierra

La edad de la Tierra fue, durante mucho tiempo, un tema controvertido. Sin tecnología ni conocimientos sobre aspectos físicos y químicos como la termodinámica y la radiactividad, la estimación de la edad de la Tierra debía basarse en aspectos puramente especulativos.

Las primeras ideas estimaban la vida del planeta como muy corta. Debemos tener en cuenta que, desde el punto de vista del cristianismo, que imperaba en Europa durante la edad media, la Tierra había sido creada por dios en siete días y ser humano era su habitante desde casi el principio de los tiempos. Realizando cálculos genealógicos desde Adán y Eva, se estimaba que la edad de la Tierra podría calcularse en unos pocos miles de años.

Este pensamiento estaba, además, asociado al fijismo. Es decir, a la idea de que el planeta no había cambiado sustancialmente desde la creación.

James Hutton

La observación científica de la Naturaleza fue poco a poco desechando las ideas fijistas. A finales del siglo XVIII, el naturista James Hutton observó que, estudiando rocas antiguas, era capaz de detectar señales o  huellas de procesos similares a los que estaban ocurriendo actualmente, pero que debían haber ocurrido hace muchos años. Así, podía encontrar cantos rodados, como los que actualmente se encuentran en los cauces de los ríos, en zonas por las que no transcurría ningún curso de agua. De ahí surgiría la teoría del uniformitarismo, según la cual en el pasado habían sucedido procesos como los que suceden hoy en día. 

El problema aparece cuando, al ir analizando rocas, vamos viendo procesos que debían haber sucedido en tiempos cada vez más remotos, sin que existiesen visos de encontrar un primer principio.

Tomando estas teorías, Lyell formuló a mediados del siglo XIX las teorías actualistas, que buscaban la forma de calcular la edad del planeta a partir de procesos continuos e irreversibles. Así, se probó a realizar cálculos calculando el tiempo necesario para salinizar el

Lyell

mar, suponiendo que en un principio estaba compuesto por agua dulce, o midiendo el tiempo necesario para propiciar el crecimiento observado en estratos de rocas sedimentarias. Ningún proceso parecía arrojar luz ni dar una cifra clara o coherente, aunque parecía claro que el tiempo geológico debería medirse en millones de años y nunca en miles de años, como pretendían hacer los fijistas o los que daban por buenas las estimaciones basadas en las sagradas escrituras.

Un método experimental más sofisticado fue llevado a cabo por Lord Kelvin, padre de la termodinámica moderna y que trató de realizar la estimación calculando la velocidad de enfriamiento del planeta, partiendo de la hipótesis de que inicialmente era una masa fluida o magnética y el hecho de que aun actualmente la temperatura de las rocas sube un grado por cada treinta y tres metros de profundidad aproximadamente. El valor obtenido fue 100 millones de años, una cifra muy inferior al real. El error se debe, fundamentalmente, a que no estimó ciertos procesos, algunos de los cuales eran desconocidos en esa época, como la producción de calor derivada de elementos radiactivos en capas inferiores de la Tierra.

Lord Kelvin

Otros intentos se basaron en procesos evolutivos, por ejemplo cuánto tiempo era necesario para renovar toda la población de gasterópodos extintos. El problema es que distintos seres vivos y distintos estudios arrojaban diferentes cifras.

Los estudios de radiactividad arrojaron luz sobre el asunto. Fue descubierta por Becquerel en 1896 y estudiada en profundidad por Marie Curie a principios del siglo XX. Uno de los principales investigadores de la época y padre del modelo atómico actual, Ernest Rutherford, propuso un sistema para calcular la edad de las rocas partiendo de elementos radiactivos y teniendo en cuenta los conocimientos sobre la radiactividad de la época.

Los materiales radiactivos se descomponen, formando otros nuevos elementos derivados. Así, si en una roca determinada observamos la cantidad de elementos radiactivos presentes y los derivados que se han obtenido a partir de estos elementos radiactivos, podemos aproximar el momento en el que la roca o el elemento radiactivo original fueron originados. Es decir, medimos el tiempo durante el cual se ha estado descomponiendo el elemento radiactivo y así estimamos con mucha precisión la edad aproximada de una roca.

Henri Bechquerel

Debían buscarse, eso sí, elementos radiactivos que se des-compusiesen lentamente, a fin de poder ser precisos en el cálculo. Algunos isótopos del uranio, por ejemplo, tienen periodos de semidescomposicion de 4510 millones de años; es decir, dada una masa cualquiera de este isótopo de uranio, en 4510 millones de años la mitad de esta masa se habrá descompuesto para formar plomo. Si somos capaces de estimar la cantidad inicial que había de plomo, podremos calcular la edad de la roca.

Para ello, se buscaban rocas radioactivas compuestas por minerales que, inicialmente, tendrían poca cantidad de plomo o careciesen de este elemento.

Y también debía conocerse la proporción aproximada de plomo en la Tierra primigenia, para, dada una roca radioactiva cualquiera, ser capaz de estimar qué cantidad del plomo procedía de la desintegración del material radioactivo y qué proporción podría haber estado en la roca inicialmente.

Ernest Rutherford

Con estos datos y realizando búsquedas intensivas de rocas con materiales radioactivos, se fueron encontrando estratos cada vez más antiguos. Así, hoy en día estimamos que la Tierra se formó hace aproximadamente 4550 millones de años.