Uno de los más importantes debates sobre la formación y evolución de nuestro planeta consiste en explicar de manera consistente el origen del agua que conforma la hidrósfera terrestre. Hoy en día conocemos que la Tierra y los demás planetas rocosos se formaron de la agregación de cientos de objetos que denominamos planetesimales. Los cuerpos progenitores de los planetas surgieron de la agregación de materiales pequeños que conformaban el disco protoplanetario hace unos 4.560 millones de años (Ma). Los modelos dinámicos muestran un sistema solar primigenio marcado por los impactos entre esos primeros planetesimales que en colisiones progresivas irían construyendo embriones mayores. En unos 100 Ma ese proceso de agregación primordial se completó y los principales planetas surgieron: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Todo indica que la migración radial existió pero que no fue dominante y los planetas terrestres se formaron mayoritariamente de los materiales sólidos que dominaron sus regiones de formación. La evidencia científica es apabullante y, curiosamente, las pistas principales las traen ciertos meteoritos denominados condritas, el estudio de las rocas más profundas del manto terrestre y también los 382 kg de rocas lunares traídas por los astronautas de las misiones Apolo. Para entender el nuevo resultado obtenido comencemos por hablar de lo que conocíamos hasta ahora, un contexto mayoritariamente centrado en los isótopos de oxígeno.

La evolución de los componentes que conforman el disco protoplanetario comporta un acrecimiento jerarquizado que acaba en los embriones planetarios (Adaptada de Trigo-Rodríguez, 2012)

Pistas en la composición isotópica 

Se denomina isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos deben tener el mismo número de protones pero pueden poseer una cantidad diferente de neutrones. En el caso del elemento químico más sencillo: el hidrógeno, las opciones de núcleo atómico son dos: solo un protón (hidrógeno) y protón más neutrón (deuterio). Por lo que se refiere al oxígeno, en la naturaleza encontramos tres isótopos diferentes: O16, O17 y O18. Cada variedad se puede dar en diferentes condiciones y, de hecho, puede considerarse trazador de las condiciones y lugares en que se han formado los minerales. En la Tierra, el oxígeno no solo se encuentra en forma gaseosa o formando agua. En la naturaleza también suele formar minerales y, de hecho, es un elemento constitutivo de rocas. Incluso los metales que suelen ser muy reactivos pueden formar óxidos. En los primeros tiempos, los materiales sólidos del disco protoplanetario formaron silicatos. En la cercanía del Sol las altas temperaturas hacían que el oxígeno escasease y, en esas condiciones reductoras, formaron enstatita: MgSiO3. En regiones más alejadas, donde ahora se encuentra el cinturón principal de asteroides la temperatura y radiación fue menor y, además, existía un mayor flujo de agua procedente de la desintegración de cometesimales procedentes de regiones externas. En esas regiones se formaron olivino (Mg,Fe)2SiO4 y piroxeno, silicatos que suelen contener más oxígeno en la estructura molecular que la enstatita. 

El cosmoquímico Robert N. Clayton, nacido en 1930, ha revolucionado nuestro conocimiento de los isótopos de oxígeno en rocas terrestres y en meteoritos. Encontró que los cocientes de oxígeno son característicos de cada cuerpo en particular. Salvo en el caso del sistema Tierra-Luna en que poseen los mismos valores (y por tanto deben tener un origen común), el resto de cocientes de oxígeno son diferentes para otros cuerpos. La siguiente figura viene a mostrarnos la clarísima afinidad entre las condritas de enstatita y ordinarias con los materiales formativos de la Tierra. Sean minerales de la corteza o del manto terrestre, todos ellos se sitúan en la denominada línea de fraccionamiento terrestre (véase figura). Las condritas de enstatita caen, de hecho, en la misma línea que los minerales que forman las rocas terrestres. 

Cocientes de isótopos de oxígeno en la Tierra y en meteoritos. Nótese que las condritas de enstatita (puntos en naranja) poseen unos cocientes perfectamente ajustados a los valores de las rocas de la Tierra, indicada por la línea azul de fraccionamiento terrestre. La mayoría de datos isotópicos fueron recopilados en trabajos de Robert N. Clayton (Adaptada de Wasson, 2000)

Las condritas de enstatita en la formación de la tierra 

El trabajo publicado en la revista Science por Piani et al. (2020) proporciona una nueva solución al enigma del origen del agua terrestre. Pese a que los modelos dinámicos han sugerido una migración significativa de asteroides transicionales formados a grandes distancias del Sol y, asimismo, progenitores de esos meteoritos conocidos como condritas carbonáceas, existen otras posibilidades. El estudio de Piani et al. (2020) sugiere una alternativa: ¿y si los materiales que aparentemente dominaron la consolidación de nuestro planeta (del tipo condrita de enstatita) hubiesen contenido hidrógeno en las proporciones apropiadas de deuterio para proporcionar buena parte del agua contenida en la protoTierra?. Esto sería consistente con que los planetesimales a partir de los cuales se formaron los embriones de los planetas rocosos eran coorbitales con ellos y, por tanto, no hubo grandes cantidades de material exterior.

Corroborar esa hipótesis requiere cuantificar el hidrógeno contenido en esas condritas de enstatita. Hasta la fecha los esfuerzos realizados en medir esos contenidos no habían prosperado, dada la gran dificultad de medir las pequeñas concentraciones de los isótopos de hidrógeno. Sin embargo, el nuevo estudio revela que ese tipo de condrita contiene una abundancia muy significativa de hidrógeno. Piani et al- (2020) han encontrado que el contenido en hidrógeno varía en ese tipo condritas desde un 0.08 hasta un 0.54 por ciento en peso que es suficiente para explicar una contribución en agua suficiente para la hidrósfera terrestre.

La composición isotópica de las condritas de enstatita, de las aubritas y de otros grupos de condritas carbonáceas (CI, CM, CO y CV) comparadas con la composición de las rocas que conforman el manto terrestre. Las condritas de enstatita deben haber sido claves en la consolidación de la protoTierra para encontrar tales afinidades (Piani et al., 2020)

Claves en isótopos de hidrógeno y nitrógeno 

La composición de los isótopos de hidrógeno y nitrógeno contenidos en las condritas de enstatita proporcionan nuevas pistas. Por otro lado, la composición isotópica de las condritas de enstatita está empobrecida en deuterio pero podría explicarse por procesos de calentamiento por metamorfismo que tuvieron lugar en los planetesimales progenitores de esos meteoritos. Aun así, los cocientes de hidrógeno/deuterio se encuentran en el rango medido en los minerales que afloran desde el manto terrestre. Por ello, se puede considerar que, tal y como ya apuntaban los isótopos de oxígeno, la Tierra acretó de un número significativo de asteroides de enstatita. Sin embargo, los resultados no pueden ser excluyentes con la contribución de otras clases de condritas como, por ejemplo, las condritas carbonáceas más hidratadas (grupo CI) cuyo transporte de agua se ha descrito en trabajos anteriores (Trigo-Rodríguez et al., 2020). Piani et al. (2020) encuentran que sus modelos apoyarían una contribución de tales meteoritos carbonáceos entre un 4 y un 15% del total requerido si miramos, respectivamente, al contenido en hidrógeno o en nitrógeno. Ese contenido adicional no tiene por qué haber llegado al justo en la etapa primigenia y, por tanto, podría ser una contribución posterior causada por el Bombardeo Tardío acaecido hace unos 3.900 Ma o incluso por la aportación de volátiles continua de esa clase de condritas carbonáceas.

 

BIBLIOGRAFÍA

Piani L., Y. Marrocchi, T. Rigaudier, L. G. Vacher, D. Thomassin y B. Marty (2020) "Earth’s water may have been inherited from material similar to enstatite chondrite meteorites" Science 369, 1110-1113

Trigo-Rodríguez, J.M., Rimola, A., Tanbakouei, S., Cabedo-Soto, V., and Lee, M. R. (2019) "Accretion of water in carbonaceous chondrites: current evidence and implications for the delivery of water to early Earth", Space Science Reviews 215:18, 27 pp.

Wasson, J.T. (2000) "Oxygen-isotopic evolution of the Solar Nebula", Reviews of Geophysics, Volume 38, Issue 4, pp. 491-512.

Josep M. Trigo-Rodríguez
Josep M. Trigo-Rodríguez

Científico titular del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), e I.P. del Grupo de Meteoritos, Cuerpos menores y Ciencias Planetarias del ICE-CSIC. Entre 2003 y 2005 fue postdoc del Instituto of Geofísica y Física Planetaria de UCLA. Tras la publicación de más de medio centenar de artículos arbitrados sobre los cuerpos menores del Sistema Solar y más de una decena de libros, el Minor Planet Center catalogó un asteroide en su honor con el nombre: 8325 Trigo-Rodríguez.

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Asteroides, cometas y planetas nos proporcionan meteoritos: muestras únicas e irrepetibles llegadas desde lejanos rincones del Sistema Solar. Sus materiales son auténticos fósiles de la creación y datan procesos acaecidos hace miles de millones de años. Acompañadme en este viaje hacia los orígenes...

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