| VIII. La evolución de las estrellas y el origen del sistema solar. | Página de título | X. El aspecto cambiante de América del Norte, o los geosinclinales, las zonas fronterizas y los geanticlinales |
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En el capítulo anterior se describió la evolución de las estrellas, que condujo al origen del sistema solar y la Tierra. Como hemos visto, la mayoría de las hipótesis derivan el Sol y los planetas de una nebulosa solar anterior, mientras que otras teorías desarrollan la Tierra a partir de un enjambre de meteoritos nacido del Sol. Sin embargo, todas coinciden en que el Sol, al igual que las estrellas, se condensó a partir de materia nebulosa. Respecto al origen de la Tierra, la teoría más aceptable es la hipótesis planetesimal, que plantea que el Sol, en su estado gaseoso inicial, se acercó a otra estrella y fue parcialmente perturbado por la acción de marea generada entre ambos cuerpos. A partir del material expulsado, al enfriarse, evolucionaron los planetas y sus satélites. A continuación, se explicarán con más detalle las primeras etapas del crecimiento de la Tierra, según esta teoría.
En el capítulo anterior vimos que la hipótesis planetesimal de Chamberlin y Moulton postula el crecimiento de la Tierra y la Luna mediante la acreción muy lenta de planetesimales fríos, principalmente del tamaño del polvo, sobre dos núcleos originales. Sin embargo, dado que aquí seguiremos la concepción de Barrell sobre el crecimiento de la Tierra a través de planetoides que originalmente estaban agrupados y tenían un tamaño promedio grande, acumulándose rápidamente alrededor de los núcleos y dando lugar a una Tierra fundida, ahora corresponde desarrollar esta teoría con más detalle. No obstante, no debemos olvidar [ p. 128 ] la conclusión de Joly de que la condición fundida original de la Tierra pudo haberse debido a la condensación radiactiva acumulada. Por supuesto, no se puede saber si durante el crecimiento de la Tierra el centro, o el material del nudo original, tendió al estado líquido o sólido. Sin embargo, la parte exterior, con un grosor de quizás el cuarto exterior del radio, que comprende aproximadamente la mitad del volumen de la esfera, parece haber pasado a un estado verdaderamente fundido.
Tras un largo tiempo, la rápida generación de calor por el impacto de los planetoides disminuyó, y la esfera fluida, bullendo con lentas corrientes de convección, comenzó a enfriarse. Los cristales básicos pesados fueron los primeros en formarse y, debido a su alta gravedad específica, se hundieron en el movimiento convectivo. El magma superior restante era más silíceo, de menor gravedad, y al cristalizar, proporcionó a la corteza una mayor proporción de feldespato y cuarzo. En consecuencia, la corteza original de la Tierra era un granito.
Esferas del interior de la Tierra. — La vasta masa central de la Tierra, la centrosfera o barisfera, tiene un diámetro de aproximadamente 6200 millas. Parece cierto que la presión es el factor dominante dentro de este núcleo terrestre. Si la composición de la Tierra en su conjunto es similar a la de los meteoritos, entonces se infiere que el material de la centrosfera es de níquel-hierro metálico (NiFe, llamado nife por Suess). El alto horno familiariza el hecho de que la escoria es insoluble en hierro y, al ser más ligera, se acumula en la parte superior del crisol, como la crema sobre la leche; y la escoria tiene una composición similar a las rocas ígneas basálticas. La densidad del interior profundo sugiere que está estratificado como el material en el crisol del alto horno, y que las rocas de silicato forman una envoltura de cientos de millas de espesor, que se degrada gradualmente hasta formar un gran núcleo metálico.
La envoltura de silicato, de unos 1450 kilómetros de espesor radial, se diferenció aún más, dando lugar a la ascensión de la fracción más silícea y ligera a una capa exterior, la litosfera o esfera rocosa (SiAl o sílice y alúmina, llamada sial por Suess, sal por otros), de gran resistencia, con un espesor aproximado de entre 80 y 120 kilómetros. Esta, a su vez, cristalizó en una corteza granítica universal primordial, sobre una capa basáltica más gruesa (SiMa, escrita sima por Suess). (Para más detalles, véase la Parte I, páginas 263-264).
Entre la litosfera y la centrosfera se encuentra una capa básica, caliente (principalmente de basaltos y gabros), rígida, pero débil, que Barrell ha denominado astenosfera, que significa la esfera de debilidad. Se caracteriza por su capacidad de ceder fácilmente ante tensiones prolongadas de magnitud limitada: una zona de debilidad terrestre compuesta de materia flexible.
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La Tierra en su conjunto es muy rígida, tan densa y rígida como el acero de una armadura o el vidrio.
«Se creía que la litosfera era dominio exclusivo de los geólogos, pero ahora estos reclaman toda la Tierra, desde el centro de la centrosfera hasta los límites de la atmósfera, y amenazan con invadir la región de los astrónomos en su camino hacia el dominio remoto de la cosmogonía. La geología ilustra mejor que cualquier otra ciencia, probablemente, las amplias ramificaciones y las estrechas interrelaciones de los fenómenos físicos. Apenas hay un proceso, un producto o un principio en todo el espectro de las ciencias físicas, desde la física y la química hasta la astronomía y la astrofísica, que no esté plenamente ilustrado en su singularidad o diversidad por las operaciones reales aún en curso en la Tierra, o por los registros reales conservados en su corteza. La Tierra es, por lo tanto, a la vez el más grandioso de los laboratorios y el más grandioso de los museos disponibles para el hombre» (Woodward).
¶ Era Azoica
El diámetro actual de la Tierra es de 12.778 kilómetros, pero al final del período de crecimiento o al comienzo de la hipotética era Azoica, debió ser 320 y posiblemente incluso 960 kilómetros mayor radialmente, pues es bien sabido por los geólogos que a lo largo del tiempo geológico ha ido perdiendo volumen debido en parte a la pérdida de calor al espacio, pero probablemente en mayor medida a cambios moleculares internos. Si bien la Tierra ha estado disipando así su energía heredada durante al menos cientos de millones de años, nuestra esfera mundana aún está lejos de haber alcanzado la estabilidad interna que, cuando se logre, probablemente resultará en una Tierra sin rasgos distintivos, con un océano universal y una atmósfera desprovista de dióxido de carbono, la base de la vida. Entonces, la Tierra habrá alcanzado su vejez.
Dana, siguiendo la concepción laplaciana del origen de la Tierra fundida, denominó la primera era de la historia terrestre el eón astral, cuando se creía que la Tierra se encontraba en la condición de una estrella. Este estado gaseoso evolucionó a una Tierra fluida rodeada de una densa atmósfera de vapor.
El eón Astral fue seguido, según Dana, por el eón Azoico, cuando la Tierra caliente se incrustaba, pero aún carecía de vida. Este eón se subdividió en una era Lítica anterior, cuando la Tierra se enfrió lo suficiente como para formar una corteza rocosa sólida, la corteza original, compuesta íntegramente de rocas cristalinas, predominantemente granito; y una era Oceánica posterior, cuando la atmósfera densa anterior se condensó formando un océano universal.
La acción de las mareas se apoderó de la tierra, las olas, corrientes y ríos oceánicos comenzaron a trabajar sobre las tierras emergidas y emergentes, y los sedimentos se acumularon por primera vez. El gran exceso de ácido carbónico en el aire y el agua se convirtió en una fuente de destrucción de rocas. [ p. 130 ] Antes del fin de la era, se formó calizas y carbonatos de hierro mediante métodos químicos, eliminando el ácido carbónico del aire y comenzando así su purificación.
La Atmósfera Primordial. — La geología sostiene actualmente que la atmósfera y la hidrosfera son esencialmente de origen volcánico, conformadas por exhalaciones acumuladas de volcanes activos y fuentes termales. Los gases provienen de las profundidades de la tierra, de magmas fundidos calentados y en proceso de alteración. Se consideran disueltos en magmas altamente comprimidos, y al liberarse la presión, los gases calientan los magmas y finalmente escapan a la atmósfera.
Concediendo el estado fluido inicial de la Tierra, continúa diciendo Barrell, debe haber habido una atmósfera gaseosa caliente compuesta principalmente de vapor de agua y, en menor cantidad, dióxido de carbono y monóxido de carbono, cloro y ácido clorhídrico, con algo de nitrógeno pero sin oxígeno libre.
La atmósfera primitiva penetró profundamente, por disolución, en la roca fundida universal. Esta penetración de vapor de agua permitió que la roca fluida permaneciera fluida a 800 °C, mientras que sin agua, los magmas de silicato seco se funden solo entre 1300 y 1500 °C. Dado que habría poca disociación del agua en sus gases componentes, la atmósfera primigenia estaría compuesta de gas de agua, con abundante dióxido y monóxido de carbono.
La luz solar del tiempo Azoico finalmente iluminó la Tierra y se reflejó en el manto de nubes. El planeta brilló intensamente gracias a esta luz reflejada, similar a la que aún poseen Júpiter y Saturno. Por encima de la zona de nubes, el dióxido de carbono y otros gases, con cantidades muy pequeñas de vapor de agua, se extendían con densidad decreciente como una envoltura superior transparente.
Henderson, en su interesante libro «La aptitud del medio ambiente», afirma que la naturaleza de las combinaciones químicas en las que se forman inicialmente los elementos hidrógeno y carbono es quizás cuestionable. Pero a medida que la temperatura desciende durante el enfriamiento de un sol o planeta, la afinidad del carbono y el hidrógeno por el oxígeno aumenta, de modo que normalmente se forman ácido carbónico y agua. El oxígeno está casi con certeza presente en el sol; se encuentra en meteoritos, y su gran cantidad en la atmósfera y la corteza terrestres (aproximadamente la mitad de su masa total) justifica la creencia de que es uno de los elementos más comunes en todas partes. Por lo tanto, una atmósfera que contiene agua y ácido carbónico parece ser la envoltura normal de una nueva corteza sobre un cuerpo en enfriamiento. Incluso si estas sustancias no estuvieran presentes inicialmente en dicha atmósfera, los volcanes pronto las expulsarían en enormes cantidades para aliviar la presión que inevitablemente generan los procesos químicos.
En la atmósfera terrestre, el ácido carbónico se ha convertido en gran medida en oxígeno y materia vegetal, que posteriormente se han transformado en enormes cantidades de carbón. De hecho, es posible, según la sugerencia de Eoene, que [ p. 131 ] todo el oxígeno de la atmósfera se haya formado a partir del dióxido de carbono y que, por lo tanto, el carbón, la turba y otras sustancias similares de la Tierra sean químicamente equivalentes al oxígeno libre actual.
El componente auxiliar más constante del aire es el dióxido de carbono, de vital importancia para la vida. En la atmósfera actual hay aproximadamente tres volúmenes de este gas por cada 10.000 de aire, y hay tanto más en los seres vivos como en la atmósfera. Por otro lado, en los océanos actuales hay, según F. W. Clarke, de dieciocho a veintisiete veces más dióxido de carbono que en el aire (Johnston y Williamson afirman que a 15 °C hay unas setenta veces más), mientras que se calcula que los volúmenes aún mayores contenidos en las rocas sedimentarias, los combustibles y los depósitos carbonáceos de la Tierra son 30.000 veces mayores que el volumen de la atmósfera actual. Estos hechos se presentan en este momento para demostrar que los componentes de la atmósfera siempre han variado debido a la pérdida constante de dióxido de carbono y oxígeno hacia las rocas sedimentarias, pero que al mismo tiempo siempre ha habido un reabastecimiento de dióxido de carbono a través de los volcanes periódicamente activos y los manantiales minerales, y de oxígeno a través de las actividades vitales de las plantas.
Acumulación de las Aguas Oceánicas. — Cuando la corteza comenzó a enfriarse y pasó de ser fluida a roca dura, según Barrell, la cristalización avanzó en diversas zonas, la convección se ralentizó y, finalmente, la roca fundida se congeló. Entonces, la lluvia, que descendía constantemente del manto de nubes perpetuas, pero que hasta entonces nunca había alcanzado la litosfera, comenzó a salpicar la superficie caliente de la Tierra. La superficie terrestre humeante duró poco, quizá solo unos pocos miles de años. Luego, la superficie comenzó a formar un océano de agua ácida, probablemente universal sobre la litosfera. El dióxido de carbono se convirtió en el gas dominante en la atmósfera enrarecida, y el vapor de agua se encontraba presente en cantidades menores. El calor solar comenzó a desempeñar el papel principal en el calentamiento de la Tierra a través del ahora delgado y fragmentado dosel de nubes. Por primera vez, la luz solar alcanzó la superficie de la litosfera.
La actividad volcánica seguía siendo muy intensa y se liberaron grandes volúmenes de gases, añadiendo materiales jóvenes a la atmósfera e hidrosfera antiguas o vadosas. Desde entonces, los volcanes han añadido nuevas cantidades de agua joven y dióxido de carbono a la superficie terrestre. Al principio, el volumen de agua añadido fue grande, pero desde los inicios de la historia de la Tierra ha disminuido; podemos decir que la masa terrestre ha dado origen a sus océanos. La mayor cantidad se añadió durante las eras Azoica y Arqueozoica, cuando se cree que se formó entre el 50 y el 75 % del volumen actual. El resto se añadió durante la era geológica posterior.
Origen de los Continentes y las Cuencas Oceánicas. — Es bien sabido por geodestas y geólogos que los continentes están formados por materiales [ p. 132 ] más ligeros, esencialmente granitos, mientras que las áreas oceánicas más extensas tienen rocas basálticas más pesadas bajo ellas, y que la diferencia en gravedad específica es de aproximadamente un 3 %. Ahora debemos preguntarnos cómo se han producido estas diferencias.
Barrell afirma que originalmente la tierra fluida tenía una superficie tan plana como la del océano. El problema del origen de las cuencas oceánicas y de las plataformas continentales se reduce a uno del origen de las diferencias de densidad en la litosfera y el mantenimiento del estado de calentamiento y debilidad de la astenosfera. Se cree que la desintegración de los minerales que contienen radio ha actuado como un generador permanente de calor en las rocas que los contienen (véase Parte I, pág. 264). Cerca de la superficie, este calor se pierde por conducción, pero el generado dentro de la astenosfera no puede escapar de esta manera, sino que debe transformar lentamente parte de la roca sólida en forma líquida. De esta manera, surgen depósitos de roca fundida que pueden fundirse hasta la superficie. Es este magma más profundo y pesado el que, al ascender hacia la subcorteza más ligera, la descompone y, por lo tanto, arrastra hacia abajo, hacia la forma de cuenca, partes de la litosfera granítica original. Las formas y relaciones de las cuencas oceánicas sugieren que en los primeros tiempos, después de la solidificación de la tierra, esa densa materia fundida de las profundidades de la tierra irrumpió en la corteza exterior o la atravesó, en una escala gigantesca, erupción tras erupción hasta que las inundaciones generalizadas de roca habían pesado sobre amplias áreas y las habían hecho hundirse en cuencas oceánicas.
Como se observa en las llanuras de lava de la Luna, se cree que dicha acción, una vez iniciada en un punto determinado, progresó con un radio cada vez mayor, dando origen a los numerosos contornos toscamente circulares característicos de las cuencas oceánicas. El proceso dejó grandes segmentos angulares de la corteza original, más ligera, como plataformas continentales que se alzaban en relieve entre las cuencas coalescentes. Las aguas se acumularon naturalmente en las cuencas y los continentes permanecieron en pie, emergiendo como áreas elevadas.
La subsidencia de la corteza regional fue especialmente característica del Azoico, pero el proceso no cesó en ese entonces. En capítulos posteriores, veremos cómo este mismo proceso, durante el Paleozoico tardío y el Mesozoico, continuó fragmentando permanentemente grandes extensiones de tierra en las cuencas oceánicas.
Fuente de las sales de los océanos. — La composición de las aguas oceánicas se analiza en la pág. 91 de la primera parte de este libro. Dado que toda esta materia salina se ha filtrado de las rocas terrestres desde que la Tierra ha tenido lluvias, y como muy poca, comparativamente, [ p. 133 ] ha sido extraída del océano por las rocas acumuladas, se ha especulado que representa la descomposición de un espesor promedio de roca ígnea de al menos 6900 pies en todas las plataformas continentales. Probablemente sea más correcto afirmar que los continentes han sufrido erosión de rocas ígneas con una profundidad promedio de entre 1 y 2 millas. Por supuesto, toda la erosión a lo largo del tiempo geológico fue mucho mayor, quizás entre un 50 % y un 100 % mayor, ya que incluyó la reelaboración de materiales más antiguos, ígneos y sedimentarios. Además, «más de la mitad, quizás cuatro quintas partes, de la erosión de las rocas ígneas se produjo antes del comienzo del Paleozoico» (Barrell).
¶ Tiempo Eozoico
El tiempo Eozoico es el intervalo hipotético final entre el Azoico, cuando se estaba preparando la Tierra como morada para la vida, y el Arqueozoico, cuando se sabe que hubo vida en la Tierra.
Evolución de la Atmósfera Primordial. — Con la separación de las tierras y los océanos, comenzó la erosión, se extrajo dióxido de carbono de la atmósfera para formar carbonatos, y se inició una nueva causa de agotamiento atmosférico. La envoltura gaseosa se volvió más delgada, más escasa y más fría, hasta que se estableció un equilibrio oscilante entre el suministro de nuevos gases provenientes de las rocas fundidas en ascenso y la pérdida que implica la erosión de sus formas sólidas. Al principio, el nitrógeno era relativamente escaso y el oxígeno apenas estaba presente. A lo largo de las eras posteriores, la composición atmosférica tuvo que evolucionar para transformarla en un medio gaseoso que sustentara a las plantas y animales terrestres superiores.
Incluso en los tiempos posteriores a la formación de los océanos y el surgimiento de las tierras, el sol calentaba la atmósfera y la tierra. Un entorno propicio para la vida original y más primitiva probablemente surgió en las aguas oceánicas del Eozoico, ya que se conocen formas muy inferiores de plantas marinas, algas y bacterias en rocas arqueozoicas.
Las plantas productoras de clorofila, ahora como siempre, utilizan el carbono del dióxido de carbono del aire y el agua, liberando oxígeno. De esta manera, a través de la vida vegetal, la cantidad de oxígeno libre en la atmósfera y la hidrosfera se ha mantenido constante. Por otro lado, mucho oxígeno libre se consume en la conversión de rocas ígneas en otros tipos mediante los procesos de meteorización, y una mayor cantidad se pierde en la atmósfera por la oxidación de sulfuros. Por [ p. 134 ] lo tanto, la gran cantidad de oxígeno en la atmósfera se debe en su totalidad a la disociación del dióxido de carbono por las plantas verdes.
Si toda el agua de los océanos y las emanaciones gaseosas de la Tierra, incluyendo las sales y el cloro de las aguas y los estratos, pudieran reintroducirse en la atmósfera actual, la presión, según Barrell, sería de 3756 libras por pulgada cuadrada en la superficie terrestre. Actualmente es de 14,7 libras. Este cálculo da una idea de la enorme cantidad de materiales que la Tierra ha expulsado de su interior.
En la atmósfera primigenia, debió haber apenas un rastro de oxígeno libre, ya que los extensos flujos de lava de la época lo consumían. Las aguas oceánicas eran entonces casi dulces y el cloro se combinaba con calcio y hierro. Parece que el oxígeno en cantidades considerables no estuvo presente hasta algún momento del Proterozoico, ya que es en este período que aparecen las primeras rocas oxidadas o rojas (formación Animikiana).
Vemos, por consiguiente, que las primeras plantas debieron ser capaces de vivir sin oxígeno libre, y podrían haber sido como las bacterias anaeróbicas actuales. Sin embargo, las plantas fotosintéticas de los océanos producían oxígeno libre, y con su existencia fue posible la vida animal. Existen estratos carbonáceos y los lechos de grafito son comunes en el Arqueozoico.
Origen de la Vida. — La vida se ha propagado mediante el cambio (evolución) probablemente desde que la Tierra tiene hidrosfera y atmósfera. Cómo, dónde y cuándo comenzó es geológicamente desconocido, aunque la teoría de su origen se ha discutido en el Capítulo II. Observamos la presencia de vida en el Arqueozoico, tanto directa como indirectamente a través de su acción química sobre las sustancias elementales, como lo demuestra la acumulación de depósitos carbonáceos (esquistos negros, grafito) y minerales de hierro. A principios del Arqueozoico se producen precipitados calcáreos de algas y, posteriormente, de bacterias, y a finales del Proterozoico encontramos por primera vez los restos reales de animales superiores, radiolarios, esponjas, estelas y tubos de anélidos.
¶ Lectura colateral
Joseph Bahrbll, El origen de la Tierra. Capítulo I de «La evolución de la Tierra y sus habitantes». New Haven (Yale University Press), 1918.
T. C. Chamberlin, El origen de la Tierra. Chicago (University Press), 1916.
L. J. Henderson, La aptitud del medio ambiente. Nueva York (Macmillan), 1913.
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