Si pusieras la película en avance rápido, verías mucha acción y muchos cambios. Verías que nuestro planeta ha sufrido cambios notables a lo largo de miles de millones de años (Figura 12.3). Se han formado enormes montañas, se han destruido y se han sustituido por otras nuevas. Los océanos se han abierto y se han desplazado por el globo. Los continentes se han desplazado, se han separado unos de otros y han chocado entre sí, hasta llegar a sus ubicaciones actuales. La vida en la Tierra también ha cambiado enormemente. Al principio, la Tierra ni siquiera era capaz de albergar vida. No había oxígeno en la atmósfera y la superficie de la Tierra era extremadamente caliente. Poco a poco, a lo largo de millones de años, la Tierra cambió para que las plantas y los animales pudieran empezar a crecer. Los seres vivos cambiaron aún más la Tierra.
Figura 12.3: La Tierra desde el espacio. La Tierra tiene hoy un aspecto muy diferente al que tenía cuando se formó hace más de 4.000 millones de años.
A menudo nos gusta usar nuestra imaginación para pensar en cómo era la Tierra cuando los dinosaurios vagaban por ella (figura 12.4). ¿Qué imágenes te vienen a la mente cuando piensas en los dinosaurios? Ahora imagina una época en la Tierra anterior incluso a los dinosaurios. Imagina la época anterior a la existencia de cualquier ser vivo en la Tierra. ¿Qué imágenes te vienen a la mente ahora? ¿Cómo crees que era la Tierra cuando se formó? Esta lección te ayudará a entender cómo se formó la Tierra, qué aspecto tenía durante sus primeros años y cómo se desarrolló la vida por primera vez en la Tierra.
Figura 12.4: La Tierra y sus formas de vida dominantes han cambiado a lo largo de la larga historia de la Tierra.
Evaluación de los conocimientos previos
Las siguientes preguntas se abordan en otros capítulos y le ayudarán a trabajar en esta lección. Investígalas antes de continuar.
- ¿Qué son los elementos químicos?
- ¿Qué condiciones requieren las plantas y los animales para vivir?
- ¿Qué es la atmósfera y de qué está compuesta?
- ¿Cómo afectan la meteorización y la erosión a la Tierra?
Formación de la Tierra y de nuestro sistema solar
Podemos construir la historia de la formación de nuestro sistema solar observando las regiones donde se están formando otras estrellas en la actualidad. La formación de estrellas comienza cuando una nube gigante de gas y polvo colapsa bajo su propia gravedad. A medida que la nube se contrae, comienza a girar más rápido y se asienta en una estructura en forma de disco. Vemos estos objetos con forma de disco (llamados propulsores) en la nebulosa de Orión (figura 12.13), donde se están formando hoy las nuevas estrellas. La mayor parte del material del disco polvoriento se escurre hacia el centro, donde la densidad aumenta gradualmente hasta que la enorme presión central desencadena reacciones de fusión nuclear y nace la estrella.
Sin embargo, una fracción relativamente pequeña del material del disco queda atrás en forma de granos de polvo recubiertos de hielo. Los mantos de hielo de los granos comienzan a pegarse y acaban creciendo hasta convertirse en rocas del tamaño de un metro llamadas planetesimales. Los planetesimales chocan y se acumulan en cuerpos más grandes de decenas de kilómetros de diámetro llamados protoplanetas. Una vez que los protoplanetas se abren paso en el disco, se convierten en auténticos planetas y sus órbitas comienzan a estabilizarse (Figura 12.6).
Figura 12.6: Representación artística de una estrella bebé todavía rodeada por un disco protoplanetario en el que se están formando planetas.
El proceso de formación de planetas es complicado. No todos los planetesimales se convierten en planetas. Millones de planetesimales permanecen como restos y son ahora los asteroides y cometas recubiertos de hielo de nuestro sistema solar. En los primeros cien millones de años tras la formación del Sol, las colisiones entre los planetesimales sobrantes y los planetas fueron frecuentes. Vemos evidencias de un fuerte bombardeo por parte de los planetesimales en las superficies de la Luna y Mercurio (Figura 12.7 y Figura 12.8).
Figura 12.7: La superficie de la Luna está marcada por colisiones con restos que tenían entre metros y kilómetros de diámetro. La mayoría de los planetesimales se acrecentaron en planetas o lunas, pero algunos de estos objetos permanecen como meteoritos, asteroides y cometas en nuestro sistema solar en la actualidad.
Figura 12.8: La superficie de Mercurio muestra una craterización colisional similar. La mayoría de los planetesimales fueron acrecionados en planetas o lunas, pero algunos de estos objetos permanecen como meteoritos, asteroides y cometas en nuestro sistema solar hoy en día.
Los mismos tipos de colisiones habrían ocurrido en la superficie de la Tierra, sin embargo, los procesos erosivos han borrado todos excepto los más recientes de estas colisiones. La figura 12.9 muestra un cráter de meteorito en Arizona.
Figura 12.9: El cráter del meteorito en Arizona se formó hace unos 40.000 años por el impacto de un meteorito de unos 50 metros de diámetro. Tales colisiones son raras hoy en día.
Alrededor de 100 millones de años después de la formación del Sol, la gravedad de los planetas y lunas de nuestro sistema solar había barrido la mayoría de los planetesimales. Sin embargo, millones de estos objetos aún permanecen en órbitas gravitatoriamente estables en el cinturón principal de asteroides del sistema solar, en el cinturón de asteroides de Troya o más allá de Neptuno y Plutón en el cinturón de Kuiper. En el siguiente esquema se muestra la ubicación de la mayor reserva de asteroides de nuestro sistema solar en la actualidad (Figura 12.10).
Figura 12.10: Este esquema muestra la mayor reserva de asteroides de nuestro sistema solar en la actualidad.
La Tierra es el único objeto de nuestro sistema solar del que se sabe que alberga vida (Figura 12.11). Hoy en día se conocen más de un millón de especies de plantas y animales en la Tierra.
Figura 12.11: La Tierra se formó al mismo tiempo que los demás planetas de nuestro sistema solar, hace unos 4 1⁄2 mil millones de años.
Los materiales que se unieron para formar la Tierra estaban hechos de varios elementos químicos diferentes. Cada elemento tiene una densidad diferente, definida como masa por volumen. La densidad describe el peso de un objeto en comparación con el espacio que ocupa. Tras la formación temprana de la Tierra, los elementos más densos se hundieron en el centro. Los elementos más ligeros subieron a la superficie. Seguramente habrás visto que ocurre algo parecido si alguna vez has mezclado aceite y agua en una botella. El agua es más densa que el aceite. Si pones ambos en una botella, la agitas y la dejas reposar un rato, el agua se asienta en el fondo y el aceite sube por encima del agua.
Hoy en día, la Tierra está formada por capas que representan diferentes densidades (Figura 12.12). El centro de la Tierra se llama núcleo. El núcleo está formado por elementos metálicos muy densos llamados hierro y níquel. La capa más externa de la Tierra es su corteza. La corteza está formada principalmente por elementos ligeros como el silicio, el oxígeno y el aluminio. Más información sobre las diferentes capas de la Tierra se presenta en la lección sobre tectónica de placas.
Figura 12.12: La Tierra está formada por varias capas que varían en densidad. El centro de la Tierra es el núcleo, que es el más denso. La capa más externa es la corteza, que es la menos densa. Las capas intermedias constituyen el manto.
Formación de la atmósfera terrestre
La Tierra primitiva era muy diferente a nuestra Tierra actual. La Tierra primitiva experimentaba frecuentes impactos de asteroides y meteoritos y tenía erupciones volcánicas mucho más frecuentes. No hubo vida en la Tierra durante los primeros mil millones de años porque la atmósfera no era adecuada para la vida. La primera atmósfera de la Tierra tenía mucho vapor de agua pero casi nada de oxígeno. Más tarde, las frecuentes erupciones volcánicas introdujeron varios gases diferentes en el aire (Figura 12.13). Estos gases crearon un nuevo tipo de atmósfera para la Tierra. Las erupciones volcánicas arrojaron a la atmósfera gases como el nitrógeno, el dióxido de carbono, el hidrógeno y el vapor de agua, pero sin oxígeno libre. Sin oxígeno, era muy poco lo que podía vivir en la Tierra.
Figura 12.13: Las erupciones volcánicas ocurrían casi constantemente en la Tierra primitiva. Las erupciones introdujeron en el aire vapor de agua, dióxido de carbono y otros gases que ayudaron a crear la atmósfera primitiva de la Tierra.
Lentamente, dos procesos cambiaron la atmósfera de la Tierra a una más rica en oxígeno como la que tenemos hoy. En primer lugar, la radiación del Sol hizo que las moléculas de vapor de agua se separaran. Recordemos que una molécula de agua está formada por los elementos hidrógeno y oxígeno, o H2O. La radiación del Sol dividió algunas de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno escapó al espacio exterior. El oxígeno se acumuló en la atmósfera. El segundo proceso que cambió la atmósfera primitiva de la Tierra fue la fotosíntesis (Figura 12.14). Hace unos 2.400 millones de años, un tipo de organismo llamado cianobacteria evolucionó en la Tierra primitiva y comenzó a realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis utiliza el dióxido de carbono y la energía del Sol para producir azúcar y oxígeno. Las cianobacterias eran organismos muy simples, pero desempeñaron un papel importante en la modificación de la atmósfera primitiva de la Tierra. Realizaron la fotosíntesis para producir los materiales que necesitaban para crecer. Al hacerlo, liberaban oxígeno a la atmósfera.
Figura 12.14: Las bacterias capaces de realizar la fotosíntesis aparecieron por primera vez en la Tierra hace unos 2.400 millones de años. La fotosíntesis toma luz solar, dióxido de carbono y agua y produce azúcar y oxígeno. La fotosíntesis aportó oxígeno a la atmósfera primitiva de la Tierra y ayudó a cambiarla de una rica en dióxido de carbono a una rica en oxígeno.
El oxígeno en la atmósfera es importante para la vida por dos razones principales. En primer lugar, el oxígeno forma la capa de ozono. La capa de ozono se encuentra en la parte superior de la atmósfera y está formada por moléculas de O3, un tipo particular de molécula de oxígeno. Bloquea la radiación dañina del sol y evita que llegue a la superficie de la Tierra. Sin la capa de ozono, la intensa radiación del sol llegaba a la superficie de la Tierra primitiva, haciendo casi imposible la vida. En segundo lugar, el oxígeno de la atmósfera es necesario para que los animales, incluidos los humanos, puedan respirar. Ningún animal habría podido respirar en la atmósfera primitiva de la Tierra. Sin embargo, es probable que hubiera varios tipos de bacterias que vivieran en la Tierra durante esta época temprana. Habrían sido anaerobias, lo que significa que no necesitaban oxígeno para vivir.
Células muy simples vivieron en la Tierra durante los primeros miles de millones de años de la historia de la Tierra. Algunos de los fósiles más antiguos de organismos más complejos son de hace unos 2.000 millones de años. Se encuentran en Australia.
Además de los cambios en la vida y la atmósfera, también se han producido otros cambios desde que se formó la Tierra. Las primeras erupciones volcánicas en la Tierra liberaron grandes cantidades de vapor de agua en la atmósfera. El vapor de agua se condensó lentamente y volvió a la superficie de la Tierra en forma de lluvia. Así se formaron los océanos. El agua comenzó a ciclar en la Tierra, y eventos como las lluvias y las tormentas comenzaron a cambiar la superficie de la Tierra a través de la meteorización y la erosión. El capítulo sobre el agua dulce de la Tierra ofrece más detalles sobre los ciclos del agua en la Tierra.
Los continentes estaban en lugares muy diferentes a los actuales. Los científicos no saben cómo era la tierra exactamente después de la primera formación del planeta. Lo que sí saben es que América del Norte y Groenlandia formaban una gigantesca masa de tierra llamada Laurentia hace unos 1.800 millones de años. Hace unos 1.000 millones de años, la Antártida podía estar cerca del ecuador, aunque ahora se encuentre en el Polo Sur de la Tierra. En la actualidad, los continentes de la Tierra siguen desplazándose lentamente por el globo.
Resumen de la lección
- La Tierra se formó hace más de 4.000 millones de años junto con los demás planetas de nuestro sistema solar.
- La Tierra primitiva no tenía capa de ozono y probablemente era muy caliente. La Tierra primitiva tampoco tenía oxígeno libre.
- Sin una atmósfera de oxígeno muy pocas cosas podían vivir en la Tierra primitiva. Las bacterias anaerobias fueron probablemente los primeros seres vivos de la Tierra.
- La Tierra primitiva no tenía océanos y era golpeada frecuentemente por meteoritos y asteroides. También había frecuentes erupciones volcánicas. Las erupciones volcánicas liberaban vapor de agua que, con el tiempo, se enfriaba para formar los océanos.
- La atmósfera se volvió lentamente más rica en oxígeno a medida que la radiación solar dividía las moléculas de agua y las cianobacterias iniciaban el proceso de fotosíntesis. Finalmente la atmósfera se convirtió en lo que es hoy y rica en oxígeno.
- Los primeros organismos complejos de la Tierra se desarrollaron por primera vez hace unos 2.000 millones de años.
Preguntas de repaso
- Describa cómo varían las diferentes capas de la Tierra según su densidad. ¿Cuándo se separaron por densidad los materiales que forman la Tierra?
- Explique dos razones por las que tener una atmósfera rica en oxígeno es importante para la vida en la Tierra.
- Los científicos creen que la capa de ozono de la Tierra se está reduciendo debido a las actividades humanas y a la contaminación del aire. ¿Qué efecto podría tener esto en las formas de vida de la Tierra?
- Describa el papel de las cianobacterias en el cambio de la atmósfera primitiva de la Tierra.
- Enumere tres formas en las que la Tierra era diferente hoy de cuando se formó.
- Suponga que la Tierra hubiera sido mucho más fría cuando se formó. ¿Cómo sería el interior de la Tierra diferente de lo que es hoy?
Vocabulario
atmósfera La mezcla de gases que rodea la Tierra y contiene el aire que respiramos. condensado Enfriado y cambiado de vapor de agua a agua líquida. densidad La densidad significa masa por unidad de área. moléculas Las cantidades más pequeñas posibles de una sustancia química. radiación Energía emitida por el Sol. especie Un grupo de seres vivos que tienen características similares. agua Vapor de agua en forma de gas.
PUNTOS A TENER EN CUENTA
- ¿Cómo se desarrolló la vida en la Tierra desde simples bacterias hasta organismos más complejos?
- ¿Cuándo aparecieron en la Tierra organismos complejos como peces, reptiles y mamíferos?
- ¿Cuándo se formaron por primera vez las principales características de la Tierra que conocemos hoy?