Historia Geológica del Agua

El origen del agua terrestre es un tema sujeto a especulaciones. No se ha encontrado aún agua líquida en ningún planeta conocido. Solo se han observado en Marte indicios muy antiguos (varios miles de millones de años) de que alguna vez existió y, tal vez, en Europa, una luna de Júpiter.  Ambos cuerpos celestes son hoy muy fríos con atmósferas de baja densidad y no existen las condiciones físicas, en sus superficies, para que el agua líquida pueda subsistir.

En ambos planetas y en otros astros, existe el agua bajo la forma de hielo y de vapor (aunque ésta última en mucho menor grado y solamente cuando las temperaturas son relativamente elevadas, en las cercanías del sol).

Pero en las condiciones gélidas del espacio interplanetario exterior la mayor parte del agua existe tan sólo en estado sólido.

Se sabe que hay hielo de agua en los astros más alejados del sistema, por ejemplo, Plutón y, en Tritón, un satélite de Neptuno y en la mayoría de los cometas.

Los cometas son pequeños cuerpos celestes (sus dimensiones rara vez superan unos pocos quilómetros o decenas de quilómetros) constituidos por una mezcla de hielo y rocas. Los “hielos” cometarios están formados de elementos y compuestos livianos, como el nitrógeno, el CO₂ y agua.  A medida que se acercan al sol, estos “hielos” se subliman en gases despidiendo chorros de partículas que, empujados por el “viento solar” dan lugar a la “coma” y la “cauda” del cometa.

La importancia de los cometas es su número. Aparentemente existen millones, tal vez billones, de ellos en las postrimerías del sistema solar.  Serían en cierto modo los remanentes de muchos billones más que existieron en los primeros tiempos de la formación del sistema solar. La mayoría de los antiguos cometas fueron “atrapados” por los planetas, cayeron en sus superficies, y contribuyeron a formar sus masas actuales.

No sabemos cuantos cometas u otros cuerpos análogos (p.ej. asteroides) fueron necesarios para formar la Tierra, o si había anteriormente un núcleo inicial preexistente que creó las condiciones gravitacionales para que cayeran los microastros. Si sabemos que hubo un bombardeo prolongado e intenso durante largo tiempo que se expresa claramente en los cráteres visibles sobre las superficies de la Luna, Mercurio y otros astros del sistema. Los astrónomos llaman “gardening” a ese proceso. En la Tierra, las cicatrices de ese bombardeo desaparecieron debido a la acción de los agentes atmosféricos.

De todas maneras, los aportes traidos por los billones de cometas, asteroides y meteoritos se fueron incorporando a la masa terrestre.

Ellos incluían considerables volúmenes de nitrógeno, CO₂ y  H₂ O.  El CO₂   se liberó bajo forma gaseosa y constituyó por mucho tiempo la base principal de la atmósfera terrestre. Más tarde fue removido por los organismos vivos y sepultado en los sedimentos bajo la forma de carbonatos, carbones e hidrocarburos.

El nitrógeno también se incorporó a la atmósfera representando el segundo gas en volumen de la misma. Al fijarse el CO₂ su proporción relativa aumentó y hoy constituye el 78% de la atmósfera terrestre.

El agua, en cambio, en las condiciones de presión de la superficie terrestre, tiene un  punto de ebullición relativamente elevado (alrededor de los 100°C) y por ende permaneció en estado líquido constituyendo la hidrósfera.  La mayor parte del agua líquida se acumuló en las depresiones de la corteza, que constituyeron los océanos, y el resto se infiltró dentro de las formaciones rocosas o se congeló en las zonas más frías cercanas a los polos o montañosas elevadas. 

Las aguas oceánicas quedaron expuestas a la radiación solar dando lugar a procesos de evaporación generalizados a lo largo de su superficie de contacto con la atmósfera. El calentamiento del agua y de las superficies continentales provocó fenómenos de convección de las capas troposféricas inferiores, elevando el vapor de agua hasta los niveles de condensación, formando nubes.  La circulación atmosférica que se generaba por las diferencias de temperatura y empujaba las nubes hacia los continentes, donde parte del agua caía bajo la forma de lluvia.

Este proceso, que nos resulta tan familiar, es el producto de las condiciones térmicas y de presión atmosférica particulares de La Tierra, que permiten que la mayor parte del agua se encuentre en estado líquido y que se desarrollen fenómenos de evaporación y condensación, con formación de nubes y su caida en forma de lluvia.

En los hechos, este proceso ocurrió simultáneamente con el desarrollo de la vida. Al principio los mares fueron “colonizados” por innumerables organismos, más tarde la  vida se extendió a los cuerpos de agua continentales, y finalmente al resto de los ambientes subaéreos.

El ciclo del agua fue (y aún es) influenciado por la vida. Los organismos modifican las propiedades físico-químicas de las aguas en donde viven. No hay parámetro hidrológico que no se vea modificado por la presencia de seres vivos en el agua el albedo (reflectividad), la tensión superficial, la viscosidad, la turbidez, , los tenores en sales y gases disueltos, la composición química, etc.

Debido a la complejidad del proceso es muy difícil reconstruir el proceso que dio lugar a la evolución planetaria, y en particular a los cambios a nivel de la hidrósfera.

El registro geológico nos presenta una información fragmentaria. Las dimensiones y forma de los océanos cambiaron.  Hubieron épocas en que parte del agua permaneció congelada en las zonas más frías (épocas glaciares) descendiendo el nivel y extensión de los océanos, y otras en que todo el hielo se fundió subiendo el mar a  sus niveles máximos.

La forma de los continentes, y por ende de las cubetas oceánicas también varió. Algunos continentes se dividieron, los fragmentos así formados migraron lentamente y, en algunos casos, se fusionaron con otros fragmentos formando nuevas masas continentales de contornos diferentes. Concomitantemente cambiaron de forma los oceános.  Algunas depresiones oceánicas, como el océano Atlántico, se formaron en tiempos geológicos relativamente recientes (hace unos 100 millones de años). Otros son mucho más antiguos (el océano Pacífico, cuya época de formación se desconoce.

Durante los miles de millones de años transcurridos, las aguas oceánicas recibieron enormes volúmenes de sales, hasta estabilizarse en la composición actual. Parte de estas sales fueron inmovilizadas y sepultadas en el fondo del mar por mucho tiempo. Algunas reaparecerieron en las nuevas montañas formadas en las márgenes orogenéticas de los continentes.

También desde el principio, las aguas subterráneas estuvieron expuestas a las fuentes de calor interiores del planeta. Estas últimas, de origen predominantemente radiactivo[i], fueron un factor principal en la dinámica terrestre. Gran parte de los procesos geológicos de la corteza se dieron en presencia de agua.  El registro mineralógico incluye numerosos minerales hidratados originados en ambientes acuosos subterráneos: las micas, los anfíboles, las arcillas y yesos, etc. El agua líquida o gaseosa se introduce por las fisuras arrastrando solutos variados que finalmente van a cristalizar bajo la forma de minerales. Una gran partee de los minerales de las rocas se originan de esa forma (p.ej. los feldespatos y el cuarzo). Estos procesos de mineralización son llamados hidrotermales (cuando se dan en presencia de agua líquida) o neumatolíticos (cuando ocurren debido a la acción del vapor). Numerosas rocas se originan en estos ambientes: la mayor parte de las rocas metamórficas, las migmatitas, casi todas las rocas filonianas, etc.  

Los fenómenos volcánicos también se deben a la presencia de agua.  Una de las principales causas de las erupciones volcánicas es la vaporización del agua caliente al descender la presión que la mantenía en estado líquido. Las “burbujas” de vapor liberadas del agua en ebullición son el “pistón” que empuja las lavas y clastos volcánicos a lo largo de fracturas y chimeneas, y termina derramándolas en el exterior. A la vez, la mezcla de agua líquida y gaseosa, tiene un efecto lubricante que facilita el flujo de las lavas. De no ser así, éstas, cuya viscosidad es muy elevada no podrían escurrirse por los estrechos conductos de efusión. Las grandes columnas de “humo” que salen de los cráteres volcánicos, están formadas sobre todo por vapor de agua emitido durante los procesos efusivos.  Del mismo modo, los géyseres y fumarolas son eyecciones acuosas calientes comunes en las zonas volcánicas.

El agua es también el factor principal en la génesis de las rocas sedimentarias. Con muy pocas excepciones, los sedimentos se forman debido al arrastre de las partículas y materiales por las corrientes de agua líquida (ríos, corrientes marinas y lacunares, etc) o sólida (glaciares).

Cuando los sedimentos son sepultados, sufren procesos de compactación y deshidratación. Parte del agua, sometida a condiciones de elevadas presiones y temperaturas, migra fuera de los sedimentos, reduciendo el contenido hídrico de los mismos.

A pesar de ello, el material sedimentario retiene un contenido importante de agua, parte del cual puede incorporarse a los nuevos minerales que se forman durante los procesos diagenéticos.

Como se ve, el agua juega un rol fundamental en la dinámica de la corteza terrestre y en la formación de las rocas.  No sólo es el agua el factor central en el ciclo hidrológico, sino también lo es en el ciclo petrogenético.

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[i] Energía producida por la desintegración de numerosos isótopos radiactivos que existen en la corteza, como el potasio⁴⁰, varios isótopos del uranio y del torio, etc.