Las Tres Edades del Agua Terrestre: Orígenes Múltiples

Un misterio planetario con orígenes múltiples

El agua (H₂O) es una de las moléculas más abundantes después del hidrógeno (H₂) y el monóxido de carbono (CO) en el Universo, y su existencia en la Tierra tiene sus orígenes en la nebulosa protosolar, el vasto reservorio de gas y polvo a partir del cual se formó el Sistema Solar.

El agua cubre más del 70% de la superficie terrestre, pero sus orígenes aún plantean muchas preguntas. ¿Ha estado siempre hidratado el planeta? ¿Es una herencia de la nebulosa protosolar, o el fruto de colisiones fortuitas? Hoy en día, los geoquímicos y planetólogos identifican tres grandes fases o "edades" en la historia del agua terrestre.

Primera Edad: El Agua Primordial Incorporada a la Nebulosa Solar

Durante la formación de la Tierra hace 4.560 millones de años, una parte significativa de la materia acrecionada ya contenía minerales hidratados, en particular silicatos procedentes de condritas carbonáceas. Estos meteoritos ricos en agua en forma de filosilicatos contienen hasta un 10% de su masa en H\(_2\)O.
La Tierra interna pudo así atrapar agua en su manto desde la acreción, con una presión suficiente para estabilizar esta agua en forma ligada. Se estima que el manto podría contener aún hoy hasta 2 a 10 veces la masa de los océanos actuales.

N.B.: Los filosilicatos son minerales que poseen una estructura en láminas donde el agua y los iones hidroxilo \((OH^-)\) están integrados entre las capas atómicas. Su presencia en los meteoritos carbonáceos testimonia una antigua interacción con el agua líquida, lo que los convierte en trazadores clave para comprender las primeras fases de hidratación de los cuerpos del Sistema Solar.

Segunda Edad: El Gran Bombardeo Tardío

Entre 4.1 y 3.8 mil millones de años, la Tierra experimentó un flujo masivo de cuerpos celestes provenientes de la reorganización planetaria (modelo de Niza). Los cometas y asteroides ricos en hielo entregaron entonces agua a la superficie.
Los análisis isotópicos de deuterio (\(D/H\)) en los océanos muestran una firma cercana a la de ciertas clases de condritas (notablemente CM), pero diferente a la de los cometas tipo Oort.
El bombardeo también permitió desgasificar parte del agua atrapada en las profundidades por efecto térmico, iniciando la hidrosfera primitiva.

N.B.: Las condritas (CM para "condritas carbonáceas de tipo Mighei") son meteoritos primitivos particularmente ricos en minerales hidratados, que contienen hasta un 10% de agua en forma ligada. Su composición isotópica de hidrógeno (\(D/H\)) es muy cercana a la de los océanos terrestres, lo que las convierte en candidatas serias como fuente mayor de agua para la Tierra primitiva.

Tercera Edad: Reciclaje y Estabilización Tectónica

El establecimiento de la tectónica de placas

A partir de 3.500 millones de años, la Tierra entró en una fase de relativa estabilidad interna y externa, marcada por el establecimiento progresivo de la tectónica de placas. Este sistema dinámico único en el Sistema Solar permite un reciclaje continuo del agua entre la superficie (océanos, corteza) y el interior del planeta (manto superior). Esta agua también influye en la tectónica de placas al reducir la fricción de las fallas.

El papel fundamental de la subducción

Durante la subducción, las placas oceánicas cargadas de sedimentos hidratados y corteza basáltica penetran en el manto. Bajo el efecto de la presión y la temperatura crecientes, estos materiales liberan su agua por encima de la placa en subducción, desencadenando la fusión parcial del manto y alimentando los volcanes de los arcos insulares. Este proceso libera nuevamente vapor de agua a la atmósfera a través del desgasificación volcánica.

Minerales hidratados y estabilidad térmica

Este ciclo profundo del agua está controlado por los equilibrios termodinámicos de los minerales portadores de agua (como la lawsonita, la clorita o la serpentina), que se deshidratan a presiones precisas (3 a 10 GPa) y temperaturas del orden de 500 a 800 °C. El modelo geoquímico actual sugiere que alrededor de 2 a 3 km\(^3\) de agua son subducidos cada año, mientras que una cantidad comparable es liberada por la actividad volcánica.

Un mecanismo regulador a escala planetaria

Este mecanismo asegura una regulación a largo plazo del volumen de los océanos y del clima global a través del termostato tectónico. El agua también juega un papel lubricante en el deslizamiento de las placas litosféricas, reduciendo su viscosidad efectiva y facilitando los movimientos convectivos del manto.

Un vasto reservorio de agua en el manto

Este reciclaje, junto con el almacenamiento profundo de agua en las zonas de transición del manto (410–660 km de profundidad), ha mantenido una hidrosfera estable durante más de 3 mil millones de años. Algunos modelos estiman que el manto podría contener hasta tres veces la masa actual de los océanos, atrapada en minerales como la wadsleyita y la ringwoodita.

N.B.: La wadsleyita y la ringwoodita son polimorfos del silicato de magnesio capaces de incorporar varios porcentajes de agua en su estructura cristalina bajo altas presiones. Su presencia en la zona de transición del manto terrestre sugiere un vasto reservorio de agua subterránea.

El Agua en la Tierra: Un Equilibrio Precario

La masa total de agua terrestre se estima en aproximadamente \(1,4 \times 10^{21}\) kg. Pero solo una fracción (0,023%) está disponible en la superficie en forma líquida. El resto está atrapado en los hielos, acuíferos subterráneos y minerales hidratados. La Tierra sigue siendo un caso singular con su hidrosfera estable desde hace más de 3 mil millones de años.

Fuentes: Nature – Marty et al. (2015), Science – Alexander et al. (2012), NASA – Solar System Exploration.