Observatorio Astronómico UTP

La Tierra
El Planeta Azul: 

Resumen: La historia de la Tierra no es una historia hecha a la medida del hombre, quien se limita a arañar en la superficie todo el conocimiento sobre las ciencias de la Tierra y la vida buscando estudiar el planeta que llama su hogar. El planeta Tierra tiene la virtud de albergar vida en su interior, esto le otorga cierta extrañeza entre los demás astros del Universo Observable. El fenómeno de vida compleja se desarrolla a la par que la historia de la Tierra, un planeta extremadamente cambiante. Como entes evolucionados tenemos la capacidad ahora de preguntarnos: ¿Cuánto conocemos de nuestro planeta? ¿Somos los seres vivos catalizadores de los cambios del Planeta Azul, debido a la explotación que hacemos de sus recursos? ¿Está en nuestras manos generar un remedio que no sea peor a la enfermedad? ¿Qué representamos para “Gaia”? He aquí un breve recuento de un planeta de color azul llamado: La Tierra (Earth).

Palabras claves: Geología, Planeta habitable, Biodiversidad, Gaia, Exoplanetas.

Descripción

El planeta Tierra es el tercero que orbita alrededor del Sol (estrella de tipo G2V, quien se encuentra en su juventud de acuerdo con la evolución estelar), es un planeta terrestre metálico, clasificado en esta categoría junto con Mercurio, Venus y Marte debido a la composición de sus núcleos. El planeta Tierra se caracteriza por ser el más denso de todo el Sistema Solar, por poseer el campo magnético más intenso y la gravedad superficial más alta de los planetas rocosos, pues tiene la rotación con velocidad más alta.

El planeta Tierra no posee anillos. Posee un satélite natural llamado “Selene” o conocida más popularmente como Luna, orbita a tan solo 384.400 km de distancia de la superficie, es el cuarto satélite natural más grande del Sistema Solar. Este contribuye a la estabilización de la inclinación de la Tierra, así como cambios de las mareas.

La Tierra, así como la mayoría de los planetas tiene una forma cuasiesférica, que a causa de la rotación presenta un alargamiento en la línea ecuatorial y un achatamiento en sus polos. A partir de su forma, se ha desarrollado un sistema de líneas y espacios imaginarios, que junto con la cartografía y las proyecciones han construido mapas que han ubicado espacial y temporalmente al ser humano. De este sistema destacan la longitud y la latitud, es decir los meridianos y paralelos.

Características generales

• Categoría: Planeta Rocoso
• Estrella: Sol
• Distancia a su estrella: 149.598.262 km (1 AU )
• Diámetro: 12.756 km
• Velocidad orbital media: 29.8 km/s
• Gravedad: 9.8 m/s2
• Densidad: 5.513 Kg/m3
• Masa: 5.97×10^24 Kg

Figura 2: Imagen de la Tierra tomada desde el Apollo 17
Créditos: NASA / Apollo 17

¿De dónde proviene la Tierra y cuál es su edad?

La edad de la Tierra sigue siendo un estimado. En los años 40, el método radiactivo había establecido unos límites a la edad de la Tierra que oscilaba entre 4.000 y 5.000 millones de años.  En 1956 Clair Cameron Patterson comparó algunos isótopos de la corteza terrestre con los de 5 meteoritos, llegando a la conclusión de que la edad tanto de la Tierra como de los meteoritos era de 4.550 ± 70 millones de años. Todas las determinaciones posteriores tienden a confirmar y aproximar el dato de Patterson a 4.540 ± 50 millones de años 1.

El origen de la Tierra se da a la par con el origen del Sistema Solar. Una de las teorías más controversiales, pero más aceptadas entre la comunidad científica es la de la Hipótesis Nebular. Se habla de que la masa que generó al Sistema Solar se pudo agrupar en un primer instante en una nebulosa solar, gracias a una onda de expansión que había resultado del remanente de una Supernova 2.  A partir de estas perturbaciones de la gravedad y de las sucesivas colisiones se formó nuestra estrella, el Sol, como un núcleo, y alrededor se generó un disco protoplanetario en el que se dieron más fluctuaciones de gravedad y acreción que obligaron a formar protoplanetas o planetesimales que fueron fusionando más y más materia hasta obtener la estructura primigenia del Sistema Solar. Estas teorías han rondado por toda clase de mentalidades, desde el célebre matemático: Laplace, el filósofo Immanuel Kant, el poeta Edgar Allan Poe (con su aporte en su obra “Eureka”) hasta el astrónomo soviético Victor Safonov. Para profundizar en el tema se sugiere revisar la publicación de la Royal Astronomical Society «El Sistema Solar, Su Origen y Evolución» 3.

Estructura y composición:

Condiciones primitivas y evolución caótica

Más allá de la Geología Planetaria, la Tierra ocupa el protagonismo en las Ciencias de la Tierra y la Vida (Geología, Biogeoquímica, Ecología), las cuales realizan estudios inseparables para conocer el pasado y el presente de la vida en y con la Tierra. “Es la historia contada por las rocas que son seres vivos porque no pueden morir”.

Los esculpidos paisajes y los volcanes nos enseñan cómo era la Tierra en sus orígenes. Un planeta infernal del talante del actual Venus. Una superficie en su mayoría compuesta por metales fundidos líquidos que eran bombardeados por el constante impacto de los asteroides que habían quedado como residuo de la formación del Sistema Solar. Pero el impacto que cambiaría por completo el destino de la Tierra, aún lleno de suposición y teoría, se cree que fue el impacto de un planeta al que han decidido llamar Theia o Tea, similar a Marte que chocó con la Tierra para formar a la Luna 4.

Después de la gran colisión, la rotación de la Tierra era exageradamente alta, tanto así que un día duraba aproximadamente unas 6 horas. Los cambios se siguieron dando gracias a la solidificación de la corteza que empezó a dar existencia a una incipiente actividad volcánica y la captura de vapor de agua, y a generar movimientos en la superficie. ¡La Tierra estaba “viva”!  

La Tierra empezó a tener una tectónica de placas activas (es el único cuerpo del Sistema Solar que la tiene; Marte y Venus quizás la tuvieron en otros tiempos). Esta nueva manera de caminar de nuestro planeta, que se dio gracias a los potenciales entre las temperaturas y presiones extremas (el núcleo de la Tierra alcanzó la temperatura superficial del Sol), ha hecho que la Tierra se renueve constantemente, eliminando los restos de cráteres que aún podemos encontrar en los otros cuerpos rocosos del Sistema Solar, como en la Luna.

La actividad geológica empezó a agrupar islas y cadenas de volcanes y hace aproximadamente 4.000 millones de años formó un gran continente llamado Rodinia; la ralentización de la Tierra ahora hacía que la duración del día fuera de 18 horas. El calor del núcleo termina por volver a hacer estragos y dividir el gran continente, en esos momentos la atmósfera estaba llena de CO2 como lo están las atmósferas de los planetas rocosos actualmente (figura 4). La diferencia era que nuestro planeta ya había aprendido a moverse y empezó a desgasificarse, el CO2 quedó preso en las rocas de la Tierra y sin efecto invernadero el planeta entró a una época de glaciación (este período lo aceptan los constructores de la teoría “Tierra Bola de nieve”), propiciada por el efecto de albedo, que era la reflexión intensa que hacía el hielo de los rayos solares.

Figura 3: Espectros sintéticos de Venus, Tierra y Marte en el visible e infrarrojo cercano generados por el Virtual Planetary Laboratory (VPL).
Créditos: V.S Meadows, U. Washington

Al tiempo que se daban los cambios lentos pero extremos en la estructura geológica del planeta, empezó la dinámica química, un planeta con agua, amoniaco, metano y mucho carbono, no tenía otra opción diferente a empezar a formar macromoléculas, los diferentes ciclos del reciclaje que hacía la tectónica de placas del CO2 y el agua en sus múltiples estados iban a promover el tejido de las primeras proteínas y aminoácidos, que evolucionarían en material genético en los hirvientes océanos hasta formar organismos sencillos como los estromatolitos y las cianobacterias, ¡la Tierra además de estar viva generaba vida!. La vida se encargaría desde entonces de catalizar los procesos que definirían a la Tierra. Los estromatolitos se encargaron de aumentar los niveles de Oxígeno de la atmósfera y las cianobacterias se ocuparon del proceso vital de fijación del Nitrógeno.

Volviendo a la historia de la glaciación, y conociendo que ya había vida en los océanos debajo de la capa de 3 km de altura de hielo, llegaba el momento de ver si esta tenía un final; el Carbono se dejó de absorber y empezó a crear un manto alrededor de la Tierra, volvía a retenerse la radiación y se derretía el hielo, se reanudó el flujo de océanos que empujó la débil corteza, creando fisuras que aumentarían la actividad tectónica. Además, gracias al hielo empezó a formarse Peróxido de Hidrógeno y por fotólisis y radiación UV se descompuso para aumentar la provisión de Oxígeno de la Tierra, pero principalmente para formar un isótopo del Oxígeno, el Ozono, y propiciar el origen de las plantas, la Tierra empezaba a tener pulmones. Cuando ya habían pasado 200 millones de años más, se estima que los días ya eran más cálidos y soportables, además tenían una duración de 22 horas, los organismos empezaban a evolucionar, apareció una diversidad ingente de organismos multicelulares. Hace 45 millones de años, la vida evolucionó para salir del agua y hace apenas 4 millones de años algo cambió en los paisajes terrestres para dar paso a las formas de vida de las especies bípedas, los bosques húmedos se convirtieron en sabana y obligaron a las especias a descender de los árboles y a ponerse de pie en busca de alimento.

Figura 4: Eras geológicas de la Tierra.
Créditos: Consolider TCP

Atmósfera actual y composición de la corteza terrestre

La atmósfera tiene un papel importante en el calentamiento de la Tierra. La atmósfera es la manta protectora de la Tierra; si no hubiera atmósfera, la temperatura del planeta sería de 22º C bajo cero.  La meteorología es la ciencia que estudia la estructura y composición de la atmósfera, así como los fenómenos que ocurren en ella (transferencia de calor, las ondas acústicas, la formación de nubes, la electricidad y la contaminación atmosférica). Un balance de los elementos que conforman la atmósfera se puede encontrar en la tabla 1. 

Tabla 1. Composición general de la atmósfera terrestre.
Créditos: Ambientum 

Aunque el núcleo interno y el externo terrestre se componen de Níquel y Hierro, la corteza está marcada por una predominancia en Oxígeno, Sílice y Aluminio. De acuerdo con esta composición, la mayoría de los minerales comunes en la corteza son óxidos de silicatos con una cierta cantidad de Aluminio. La corteza terrestre es muy diversa y por ello se ramifica en dos tipos: la corteza continental y la corteza oceánica. La primera incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad; la segunda hace referencia a los sectores oceánicos de alta profundidad. Ambas cortezas tienen marcadas diferencias en su composición química, la composición general de los diferentes elementos se observa en la figura 5.

Figura 5. Composición general de la corteza terrestre.

La Tierra tiene una distribución química tan variada, que tanto su estructura interna (figura 6) como su atmósfera (figura 7) se ha dividido en diferentes capas.

La biósfera y la hidrósfera

Como mencionábamos al inicio, la inclinación de la Tierra ha permitido que la biodiversidad planetaria sea muy alta, privilegiando para ello las zonas bajas y húmedas como la Selva Tropical, mientras que las zonas altas y áridas son poco habitadas por vida vegetal y animal. La masa total de la vida resultante después de tantos eones y a través de las transformaciones de la materia es de más o menos 1 billón de toneladas de Carbono 6. En cada bioma existen diversos ecosistemas, en los que la vida se ha organizado a sí misma a partir de las relaciones posibles entre seres vivos, de allí que podamos distinguir 4 grandes reinos en los que se organiza la vida: animalia, plantae, fungi y protista 7.

La biósfera no hace referencia más que a la capa extensa de la corteza terrestre donde el aire, el agua y el suelo interactúan recíprocamente con ayuda de la energía para promover el desarrollo de la vida. La hidrósfera reúne en su significado específicamente todas las fuentes hídricas que recubren el 70% de la superficie de la Tierra (océanos, mares, ríos, glaciares, lagos y toda formación que haga parte del ciclo del agua). La riqueza de la Tierra es abundante, solo que no es correspondida por el cuidado del ser humano, que ha valorizado lo que no tiene valor, dejando a un lado su responsabilidad ambiental con el planeta. (Ver iniciativa “Carta de la Tierra” 8)

Movimientos planetarios

Respetando las famosas Leyes del Movimiento de Kepler, La Tierra describe 4 movimientos principales como se muestran en la figura 8. Uno de ellos es el de Traslación que es su desplazamiento por una órbita elíptica alrededor del Sol; en este se demora 365 días, 5 horas, 45 minutos y 46 segundos. Otro movimiento se denomina de Rotación y consiste en el giro que da en torno a su propio eje, el cual le da significado a lo que entendemos por día (23 horas, 56 minutos, 4.1 segundos). Hay que tener en cuenta que la rotación de la Tierra está desacelerando, por lo tanto, en aproximadamente 140 millones de años la duración de nuestro día va a pasar de 24 horas a 25.

Figura 8. Movimientos de la tierra. Créditos: AstroAfición

Aunque se han estudiado más de 15 movimientos de la Tierra, podríamos mencionar los otros dos movimientos principales que tienen como punto referente clave la variación del eje terrestre. Se trata del movimiento de Precesión que es un movimiento circular que describe el eje inclinado de la Tierra y tarda alrededor de 25.780 años en ser completado, este efecto se le atribuye al efecto de fuerza gravitatoria del Sol sobre la Tierra y es la causa de que la estrella Polar haya sido diferente durante la historia de la humanidad y que en unos años pasemos a ubicarla en la constelación de Cefeo, en lugar de la constelación de la Osa Menor. Otro movimiento similar al anterior es el de la Nutación, una “vibración” causada por el campo gravitatorio de la Luna, similar al movimiento de un trompo, que desplaza el eje 700 metros como máximo al cabo de un poco mas de 18 años, tiempo de duración de cada ciclo. Adicionalmente, entre otros tantos movimientos que posee la Tierra, se encuentra uno menos conocido, un movimiento oscilatorio del eje que sigue siendo enigmático y se conoce como: Bamboleo de Chandler 9.

Campo magnético

Figura 9. Representación artística del campo magnético terrestre.
Créditos: ESA

La Tierra tiene un campo magnético poderoso ilustrado en la figura 9. Este fenómeno es el resultado de la composición metálica de su núcleo (Níquel y Hierro) combinada a una rápida rotación. Este campo protege al planeta de los efectos de los vientos solares, energía en forma de plasma u otras partículas de alta energía, las cuales impactan con nuestro planeta y generan espectáculos como las auroras boreales en el Norte o las auroras australes en el Sur como se muestra en la figura 10; pero que podrían ser letales para la vida en el planeta. Un dato curioso es que los polos magnéticos Sur y Norte no coinciden con el Sur y el Norte geográficos, además se cree que se están desplazando lentamente.

Figura 10. Aurora Austral al sur de Nueva Zelanda desde la ISS tomada el 17 de septiembre de 2011 por la tripulación de la Expedición 29. 
Créditos: Nasa

Mitología

El hecho de que el nombre de nuestro planeta proviene de la mitología, como muchas personas lo creen aún, es un buen mito. De acuerdo con esto, la cultura griega asignó el nombre de una de las diosas más importantes al planeta, Gea o Gaia. Después por el contacto de la cultura romana con la griega, transmutó a “Terra” y finalmente la evolución de las lenguas romances logró la traducción a “Tierra”. Fuentes de la NASA, establecen que la Tierra (Earth en inglés) es el único planeta que no obtiene su nombre de la mitología griega/romana 10. Según esto el nombre proviene de la palabra germana erde que se deriva del término antiguo erthō, que se refería al concepto de suelo, de la tierra que estaba debajo de nuestros pies. La historia mística se vio reemplazada por una mucho más sencilla. Sin embargo, la literatura y las culturas han apodado a la Tierra de diversas formas conforme la cosmovisión y el sentimiento que desean retribuirle a la cuna que les da vida, por dar un ejemplo, “la Pachamama” de la cultura Inca 11.

Figura 11. Representación de Tellus o Gea en la fachada este del «Ara Pacis Augustae» (Roma, Museo dell’Ara Pacis)
Créditos: Ilya Shurygin

Algunos datos curiosos

• La superficie total de la Tierra es de 510.072.000 Km^2, de los cuales 70.8 % es agua y el 29.2 % restante es Tierra. Los océanos se extienden por un área de 361.840.000 Km^2, con una profundidad promedio de 3682.2 metros, eso significa que, si la corteza sólida se nivelase toda, el agua cubriría totalmente hasta los 2.7 m de altura, casi la altura de un adulto cargando un niño en sus hombros
   
• El punto más alto que se encuentra en la Tierra es el Monte Everest, que alcanza una altura de 8.8 km. Mientras que el punto más bajo de la Tierra se llama Challenger Deep y se encuentra a 10.9 por debajo del mar, más abajo que la base del Monte Everest.
   
• En la búsqueda de exoplanetas, la Tierra y las condiciones que le dieron la vida son claves. Si seguir las variantes en el brillo de las estrellas, en otros soles; es difícil. Encontrar planetas que la circunden es una tarea muchísimo más elaborada, pero es el primer paso en la búsqueda de vida fuera de la Tierra. (Ver: la Tierra vista como exoplaneta 12)
   
• Así como desde los 60’s la Tierra ha sido el centro de todas las misiones espaciales, tripuladas como no tripuladas, hay que rescatar que la raza humana se ocupó de dirigir su curiosidad primero hacia su propio hogar a través de varios grandes proyectos. Algunos de ellos son: El proyecto Mohole en la década de los 50, patrocinado por la National Academy of Sciences de EE. UU. tenía el objetivo de obtener muestras directas de los materiales que constituían el manto terrestre; realizando una gran perforación que atravesara la corteza terrestre y la discontinuidad de Mohorovicic. En 1971, se inició otro vasto programa de investigación, denominado Proyecto Internacional de Geodinámica que buscaba poder explicar con mayor precisión la naturaleza de las fuerzas internas que dominaban el desplazamiento de las placas tectónicas 13.
   

• La línea de Karman es la frontera entre la atmósfera y el espacio (figura 14), está a 100 km de altitud. El 75 % de masa atmosférica se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie. Otra característica de la atmósfera es que solo permite penetrar las ondas del espectro electromagnético que están en el bando óptico y longitudes del infrarrojo; y un poco de las ondas de radio. Por este motivo, poder llevar los telescopios por encima de la atmósfera fue un logro gigante para la investigación de los otros tipos de radiación que nos llegaban de todas partes del Universo.

Figura 12. Vista celestial del resplandor atmosférico de la Tierra y la Vía Láctea desde la ISS, Expedición 57.
Créditos: Nasa / Mark García

Teoría Gaia y el papel del ser humano (reflexión)

A lo largo de la historia de la humanidad hemos tratado de entender al planeta que nos brinda alojamiento, a pesar de esto, la curva de aprendizaje ha sido empinada, con muchos errores en el camino. Por ejemplo, la equivocada concepción de la Tierra plana en lugar de cuasiesférica como todos los demás planetas, o los cientos de años que el hombre tardó para darse cuenta de que no era el centro del universo. Así, las culturas humanas han desarrollado muchas ideas sobre el planeta, alrededor de creencias, y algunas, han tenido la epifanía de ver a este como un entorno integrado que requiere su administración. El hombre ha hecho parte de la cadena trófica, estirando la cantidad de recursos que le corresponden, apropiándose del planeta sin concebirlo como un vínculo de sistemas. Olvidó que nada se basta a sí mismo, en la Tierra todo se comparte. Nuestro planeta reposa sobre un equilibrio frágil, fácil de romper, en el cual cada uno tiene su lugar y solo existe gracias a la existencia del otro.

La Teoría Gaia tiene como exponente principal a James Lovelock 14, médico y científico independiente (sí, él declara su labor independiente cual si se tratara de un artista). En esta postula en general que la vida, de existir, es un fenómeno autosostenible a nivel planetario, en otras palabras, bastaron unas condiciones iniciales para generarla; pero una vez creada, la vida misma debía sostener este estado, mediante un proceso de homeostasis (autorregulación). Una de las partes más controversiales de la teoría es que define a la Tierra como un organismo vivo gigante, que obliga a que la evolución de las especies no sea independiente de su ambiente material. El planeta como el organismo más grande, el agua trazando sus caminos como las venas de un cuerpo, la vida transportando lateralmente lo que la gravedad espera desplazar hacia abajo, la vida imprimiendo en el ambiente las huellas de un desequilibrio que viola la Entropía de la manera más burlesca.

Gaia está enferma, la vida humana comenzó a modificar el planeta hasta llevarlo a su deterioro. Hace falta atención urgente para planeta en lugar de atendernos a nosotros mismos; pero es posible que se necesite una nueva profesión, la medicina planetaria. La Tierra tenía el aspecto organizado y autoestructurado de una criatura viva, llena de información, maravillosamente diestra para manejar la luz solar, hasta que el ser humano llegó a deteriorarla y a imponer sus propios ciclos de vida.

Figura 13. El autorretrato del astronauta Garrett Reisman desde la ISS en la misión STS-132. Su visera refleja la imagen del Planeta Azul.
Créditos: Nasa

Las misiones espaciales han cambiado la percepción que tenemos de nuestro hogar (figura 13), poder mirar desde el espacio lo insignificantes que somos, tanto así que con un pulgar se pueda tapar el punto azul pálido del cual han escapado (figura 14), en el cual habitan todas las preocupaciones, sueños abandonados y personas que hemos amado. Lo abrumador del espacio nos propone una tregua que nos rinde al asombro, pero sobre todo a la humildad y a la unidad, a emprender un viaje de regreso y llevar el mensaje de que Gaia, que nos da cobijo, necesita ser curada de los males que la aquejan, sin contar la enferma justicia social que se ha inventado el hombre en el papel. Se cumple completamente una misión cuando las imágenes desde el espacio son capaces de hacernos olvidar por un segundo, de las fronteras geográficas que marcamos con banderas y de las leyes que quedan sin poder, cuando lo único que vemos es un globo azul gigante rebosante de miles de formas de vida por salvar y conservar, juntos. Así termina de ser contada pues una parte de la historia de la Tierra que es nuestra propia historia.

Figura 14. Versión icónica de la imagen “Punto azul pálido” tomada por Voyager 1. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Webgrafía:

1. https://culturacientifica.com/2014/03/04/de-la-edad-de-la-tierra/
2. https://www.europapress.es/ciencia/astronomia/noticia-onda-expansiva-supernova-provoco-sistema-solar-mas-pruebas-20170803181413.html
3. http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1993QJRAS..34….1W
4. https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eaba8949
5. https://post.geoxnet.com/rocas-magmaticas-clasificacion-de-los-magmas/
6. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-39082011000400008
7. https://www.significados.com/reinos-de-la-naturaleza/
8. https://earthcharter.org/wp-content/uploads/2020/06/Libreta-Carta-de-la-Tierra-2020.pdf
9. https://www.bbc.com/mundo/noticias-41943066
10. https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question48.html
11. https://hablemosdeculturas.com/pachamama/
12. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1026-87742010000200017
13. http://www.librosmaravillosos.com/laformaciondelatierra/index.html
14. https://arquetipoeducativo.blogspot.com/2016/11/libro-gratuito-digitalizado-las-edades.html

Redacción por: Mariana Echeverri Ospina
                          maecheverrios@unal.edu.co

Edición por: Miguel Ángel Parra Patiño
                     maparra@utp.edu.co

28 de julio, 2020

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Grupo de Investigación en Astroingeniería Alfa Orión
Planetario y Observatorio Astronómico UTP
Tel: 3137574 – 3137431
Universidad Tecnológica de Pereira