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Cometas, meteoritos y el origen del agua
Alberto González Fairén
¿Cuál es el origen del agua de la Tierra? ¿Llegó a bordo de algún tipo especial de meteoritos o cometas? En los últimos meses, nuevas investigaciones han ofrecido algunas pistas para entender este viejo problema.
a composición química y mineralógica de la Tierra es básicamente muy similar a la de un grupo de meteoritos denominados condritas de enstatita, constituidos por los mismos materiales que formaban los pequeños planetoides del disco protosolar que con el tiempo darían lugar a los planetas que hoy conocemos. Estos planetoides carecían de agua cuando fueron formados: no se han apreciado trazas de agua en las condritas de enstatita y, por inferencia, se cree que los planetas del Sistema Solar interior carecían de agua cuando se formaron. Las elevadas temperaturas en la zona interior del disco protoplanetario serían determinantes en el proceso de deshidratación de los materiales que iban a formar los planetas rocosos (Figura 1). Por lo tanto, la existencia de enormes cantidades de agua formando océanos en la Tierra, y posiblemente también en el joven Marte, requiere una explicación.

La fuente más probable del agua de la Tierra (y de Marte) son los meteoritos provenientes del cinturón de asteroides. La proporción isotópica de hidrógeno (el ratio hidrógeno/deuterio, D/H) ha sido determinada en varias clases de meteoritos, y se ha demostrado que es característica de cada una de ellas. Por ejemplo, las condritas carbonáceas tienen una proporción D/H muy similar a la de los océanos de la Tierra, lo que sugiere que el agua fue incorporada a nuestro planeta principalmente mediante impactos de planetoides del tipo de las condritas carbonáceas. Pero existe otra posible fuente de agua para la Tierra, en principio más evidente: los cometas, que contienen hasta un 50% de hielo de agua. Sin embargo, durante mucho tiempo, su contribución se ha puesto en duda, ya que la proporción D/H de los cometas originados en la Nube de Oort es casi el doble que la de los océanos terrestres. El equipo de Paul Hartogh, del Instituto Max Planck, publicó en octubre de este año los resultados de su investigación sobre la proporción D/H en la familia de cometas 103P/Hartley 2, originados en el Cinturón de Kuiper. Hartogh y sus colaboradores utilizaron datos del telescopio espacial Herschel. La proporción D/H en este grupo de cometas sí es similar a la de los océanos de la Tierra, lo que implica que al menos los cometas del Cinturón de Kuiper sí han podido contribuir a la formación de los océanos terrestres (Figura 2). Por lo tanto, se puede concluir que los océanos de la Tierra se formaron a partir de impactos de cuerpos formados en una región de la nebulosa presolar que presentaba una proporción D/H característica, y que incluye el cinturón de astroides y el Cinturón de Kuiper, y que la contribución de cometas de la Nube de Oort ha sido mínima.
Protoplanetas...
Figura 1: En el interior de la “línea de nieve”, los protoplanetas son rocosos, mientras que en el exterior están formados por hielo. En el Sistema Solar, la “línea de nieve” separa los planetas rocosos de los gigantes gaseosos. (P. Huey, Science 2011)
Proporciones D/H en el Sistema Solar
Figura 2: Proporciones D/H en el Sistema Solar. Los cuadros naranjas son cometas de la Nube de Oort; el morado, el cometa analizado del Cinturón de Kuiper; el verde, las condritas carbonáceas; el azul, los géiseres de Encélado; y los negros, los planetas gigantes. El valor D/H de los océanos de la Tierra está indicado por la línea azul. (P. Hartogh et al., Nature 2011) Click para ampliar!
En la Luna también existen cantidades importantes de agua. Aunque el análisis de las muestras recogidas durante el programa Apolo sugirió que no existía agua indígena en la Luna, investigaciones posteriores han confirmado su presencia en cristales volcánicos y en apatito. El grupo de James Greenwood (Wesleyan University) hizo público en enero de este año su descubrimiento de que el agua de la Luna presenta una composición isotópica sustancialmente diferente a la de la Tierra, lo que implica que las fuentes del agua son diferentes en ambos cuerpos, y que la Tierra recibió su agua después de la formación de la Luna. El agua de la Luna presenta proporciones D/H que varían entre unas muestras y otras, lo que sugiere que el agua de la Luna se originó a partir de diferentes fuentes y que nunca se homogeneizó, al contrario de lo sucedido en la Tierra. Además, las proporciones D/H son siempre muy elevadas, indicando que la Luna sí obtuvo su agua básicamente a partir de cometas de la Nube de Oort. El hielo cometario habría contaminado los magmas lunares que formaron posteriormente los apatitos de las muestras recogidas durante el proyecto Apolo. Sin embargo, sigue siendo un misterio porqué el agua lunar no presenta en ninguna muestra la proporción isotópica característica de las condritas carbonáceas o de los cometas del Cinturón de Kuiper, que parecen la fuente dominante del agua de la Tierra. Es decir, ¿por qué las aguas de la Tierra y de la Luna tienen orígenes diferentes?

Allende nuestro Sistema Solar también se han encontrado signos de la existencia de cuerpos de agua helada, similares a cometas orbitando su estrella, en otro sistema planetario. Carey Lisse y sus colaboradores de la Universidad Johns Hopkins, utilizando datos obtenidos con el telescopio espacial Spitzer, anunciaron en octubre de este año el descubrimiento de dos discos de polvo alrededor de la estrella Eta Corvi. Uno de los discos se sitúa en el interior del sistema, cerca de la estrella, y es más cálido, y el otro se encuentra en la zona exterior, más fría (el exterior ya era conocido de antemano, y ya se ha propuesto que es similar al Cinturón de Kuiper). También encontraron evidencia de los restos de un cometa fragmentado, desplazándose desde la banda exterior fría hacia el interior del sistema estelar. La existencia del cometa se dedujo a partir del descubrimiento de mezclas de hielo de agua, rocas y compuestos orgánicos. El sistema Eta Corvi tiene alrededor de mil millones de años, y los descubrimientos de Lisse sugieren que en torno a esta estrella están sucediendo procesos de transferencia de agua desde las zonas exteriores frías hacia las zonas interiores más cálidas, del mismo modo que sucedió en nuestro Sistema Solar, y en una época similar.

En una investigación paralela, el grupo de Michiel Hogerheijde, del Observatorio Leiden, anunció también en octubre la detección de vapor de agua frío en una estrella cercana y joven, TW Hydrae. El vapor de agua parece originado en una gran reserva de granos de hielo formando un disco alrededor de la estrella, equivalente a varios miles de veces el volumen de los océanos de la Tierra. Otro Cinturón de Kuiper alrededor de otra estrella. La formación de discos constituidos por cuerpos helados orbitando alrededor de estrellas parece ser un fenómeno bastante común en la génesis de sistemas estelares.
 
 
San Francisco (California), EEUU, 31 de Octubre de 2011.
 
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