Historia geológica (y astronómica) 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 de que existe agua líquida en el subsuelo del planeta y que ocasionalmente brota para sublimarse o congelarse inmediatamente (debido a la muy débil presión atmosférica 1/130 de la terrestre y bajísimas temperaturas (promedio de -80 grados C). 

Es probable que haya agua líquida en el interior de otros cuerpos planetarios, como Europa (satélite de Júpiter), Encelado (satélite de Saturno) y Titán (también satélite de Saturno). Estos satélites son hoy muy fríos y no existen las condiciones físicas, en sus superficies, para que el agua líquida pueda subsistir.

Sin embargo, en varios planetas y satélites existe el agua bajo la forma de hielo. Se piensa que hay hielo de agua en algunos astros planetarios y satélites, por ejemplo, Plutón, Tritón, un satélite de Neptuno, Ceres (un asteroide), y en la mayoría de los cometas.

Los cometas son pequeños cuerpos celestes (sus dimensiones rara vez superan unos pocos kilómetros o decenas de kilómetros) constituidos por una mezcla de hielo y rocas, con un alto porcenaje de compuestos carbonosos.  

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 que reciben el nombre de "planetesimales". 

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, casi todas las cicatrices de ese bombardeo desaparecieron debido a la acción de los agentes atmosféricos.

Con el transcurso del tiempo los aportes traidos por los planetesimales, los billones de cometas, asteroides y meteoritos se fueron incorporando a la Tierra en formación aumentando su masa.

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 pasando a ser el gas dominante.  Al fijarse el CO2 la proporción relativa de nitrógeno aumentó y hoy constituye el 78% de la atmósfera terrestre, mientras que el oxígeno, liberado por la actividad fotosintética de las plantas continuó subiendo hasta el 20.9% actual.

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 debido a procesos que solo conocemos parcialmente, 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 tamaño y 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. Existe múltiples hipótesis que hemos desarrollado y continuaremos desarrollando en nuevos artículos.

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, cuyo origen probablemente se relacione con cambios de fase minerales en la base de la corteza y en capas inferiores del planeta y la radioactividad de ciertos minerales, fueron un factor principal en la dinámica terrestre. 

Los procesos geológicos de la corteza se dieron en presencia de dos tipos principales de fluidos, los fluidos carbonosos y el agua.  

Debido a la presencia de agua geológica el registro mineralógico incluye numerosos minerales hidratados como. 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 parte 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 uno de los principales "pistones" que energizan la efusión de 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, incluyen un importante porcentaje de 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 un 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.

 Del libro Sequía en un mundo de agua, D.Antón, Piriguazú Ediciones