Tierra: La Gran Sinfonía de Dios

Por Jeff Zweerink

La Orquesta Filarmónica de Los Ángeles incluye mas de 100 músicos que tocan mas de veinte instrumentos diferentes. Exquisito talento y diversidad de instrumentos permite a la orquesta producir una emotiva variedad de experiencias musicales. Algunos instrumentos interpretan la melodía, la cual es el tema principal de la música, Otros instrumentos agregan armonía para complementar y llenar el conjunto. La percusión usualmente conserva el ritmo que permite a toda la pieza permanecer unida.

Aun con todo el talento y variedad de instrumentos, una orquesta requiere un conductor para asegurar que todas las secciones mantengan el ritmo correcto y se integren juntas para producir un sonido placentero.

Cuando se trata de la capacidad de la tierra para dar soporte a la vida, podríamos sugerir que suena como una orquesta bien conducida. Durante los últimos cuatro billones de años su eufonía ha producido un clima temperado, amigable con la vida, y su sinfonía continua hoy a pesar de cambios dramáticos en la historia de la tierra que tienen el potencial de destruir la capacidad de nuestro planeta de sostener la vida.

Astronómicamente hablando, el sol era 20 – 30 por ciento menos brillante cuatro billones de años atrás y su luminosidad ha ido aumentando hasta alcanzar su valor actual.  Geológicamente, el agua cubría inicialmente la superficie entera de la tierra, y solo después de billones de años la placas tectónicas hicieron que la tierra surgiera para componer el 30 por ciento de la superficie.  Atmosféricamente, el planeta cambió dos veces, desde un predominante hidrógeno/helio/nitrógeno, a dióxido de carbono/nitrógeno a finalmente nitrógeno/oxígeno. En conjunto con todos estos cambios, la complejidad biológica de la vida tuvo notables crecimientos acelerados, con frecuencia correspondientes a las otras dramáticas alteraciones de la tierra. Tres descubrimientos recientes ilustran la asombrosa organización de eventos que mantienen la habitabilidad de la tierra.

Efecto Invernadero Adicional

La decreciente luminosidad del sol hace tres o cuatro billones de años plantea retos sustanciales para el clima de la tierra. El que menos energía haya impactado la superficie del planeta habría dado lugar a temperaturas suficientemente bajas para que toda el agua se congelara. Y el alto albedo (reflectividad) del hielo hubiera reflejado mas de la energía del sol en el espacio, enfriando la tierra hasta convertirla en una bola de nieve perpetua. Los gases en la atmósfera de la tierra generaron un efecto invernadero, donde la energía del sol calienta la superficie de la tierra pero la atmósfera atrapa el calor antes de que escape al espacio. Vapor de agua, dióxido de carbono, y metano (“los tres grandes”) son los que mayormente han provisto el efecto invernadero a través de la historia. Sin embargo, varias fuentes de evidencia científica muestran que estos tres gases, dada la baja luminosidad del sol, quizás no hayan elevando inicialmente la temperatura de la tierra lo suficiente como para conservar el agua en estado líquido.

La atmósfera primitiva de la tierra probablemente contenía una mesurable fracción de hidrógeno. Por si mismo, el hidrógeno agrega muy poco al efecto invernadero de la tierra. Sin embargo, en combinación con el nitrógeno, y ambos en abundancia razonable, las interacciones del hidrógeno y nitrógeno producen un efecto invernadero en un lugar diferente del espectro electromagnético que el de los tres grandes. Las interacciones de Hidrógeno/Nitrógeno probablemente contribuyeron lo suficiente en elevar la temperatura de la tierra sobre el punto de congelamiento del agua aun con la luminosidad del sol tan baja como en un 75 por ciento de los valores actuales. Afortunadamente, el gas hidrógeno escapa al espacio así que este potente efecto invernadero disminuye a la vez que el sol irradia mas energía en la superficie de la tierra.

La importancia de las nubes

Aunque los gases del efecto invernadero calientan la tierra significativamente (removiendo todo el efecto invernadero la temperatura de la superficie caería 33ºC, muy por debajo del punto de congelamiento del agua), las nubes también juegan un rol importante.

La mayoría de los estudios del clima de la tierra primitiva que asumen una energía solar reducida utilizaron modelos que no tomaban en cuenta adecuadamente nubosidades o hielo. Estudios recientes del cambio de clima global han dado como resultado modelos más precisos que incluyen nubes y efectos del hielo (aunque aun tienen deficiencias).

Los científicos aplicaron estos modelos de clima a las condiciones de la tierra hace 2.8 billones de años, cuando la tierra recibía un 20 por ciento menos energía del sol. Asumiendo modestas cantidades de gases de efecto invernadero, estos modelos muestran que incluyendo los efectos de las nubes y el hielo llevan a una superficie planetaria dominada por océanos abiertos (aunque con grandes capas de hielo polar).

En una nota interesante, las nubes juegan dos diferentes roles en el clima de la tierra, algunas nubes reflejan y envían la radiación solar de regreso al espacio, enfriando la tierra. Otras nubes atrapan la energía del sol dentro de la atmosfera de la tierra, derivando en calentamiento. El clima templado visto a través de la historia del planeta indica que la atmósfera albergó la clase correcta de nubes en el momento correcto a medida que el sol se hizo más brillante.

Dinámica de las placas tectónicas

Junto con los cambios en la atmósfera de la tierra, los continentes se formaron en periodos geológicos ocurridos entre uno y tres y medio billones de años atrás.  De hecho, el crecimiento de los continentes acarreó algunos de los cambios atmosféricos exponiendo rocas que interactuaron y removieron dióxido de carbono del aire.

Los científicos no entienden completamente todos los detalles importantes que rigen las placas tectónicas, pero tienen una idea general.

Las placas tectónicas activas requieren una placa delgada y rígida que se mueva a través de una superficie más maleable por debajo (piense en una balsa sobre un río). La formación de placas rígidas implica remover el agua para endurecer las placas. La superficie maleable por debajo a menudo requiere la adición de agua para inducir o amplificar el contenido fundido de material.  En parte, las propiedades únicas del contenido mineral (con algo de aluminio agregado) genera una disminución en la solubilidad del agua en el límite entre las placas rígidas y el material por debajo. Esta disminución se pensaba que causaba el endurecimiento de la placa y derretimiento debajo. Sin embargo, recientes estudios indican un escenario mucho más complejo que el pensado anteriormente.

Si este fuera el único mecanismo en juego, los datos telúricos mostrarían una abrupta transición de material rígido a maleable entre todas las placas oceánicas. En lugar de ello, las mediciones revelan una fundición intermitente en los bordes.

En lugar de una continua capa fundida, otros mecanismos deben trabajar en conjunto para mantener la actividad de las placas tectónicas cuatro billones y medio de años después de la formación de la tierra. Corrientes de lava, convecciones a pequeña escala, y liberación de fluido durante la subducción representan algunos de los otros procesos que podrían aumentar el derretimiento regional medido por los datos telúricos.

Escuchando la música

Considere los momentos antes del comienzo de una sinfonía.  Cada músico afina su instrumento y se prepara en un arreglo cacofónico de sonidos estridentes. Cuando el director llega y llama a la orquesta al orden, el sonido caótico se fusiona en una coordinada y significativa historia musical. La historia de la tierra culmina con la llegada de la humanidad, pero es seguida por una narrativa participativa y de suspenso donde muchos eventos y procesos, dejados sin guía, podrían haber destruido la tierra. En lugar de esto, los datos indican que la temperatura del planeta ha permanecido dentro de un rango amigable para la vida durante los últimos cuatro billones de años.

Los gases de efecto invernadero, la circulación de las nubes, y los procesos de fundición subterráneos incluyen algunos de los instrumentos que trabajan juntos a pesar de todos los cambios dramáticos, para mantener el clima templado de la tierra. Mirando atrás en el tiempo, es fácil ver el trabajo de un Maestro Director asegurándose de que cada instrumento se mueva a través de la historia en el momento adecuado de la forma precisa.

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