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La concepción del desarrollo de la Tierra antes de la etapa más temprana, en la que su historia puede leerse directamente a partir de los estratos, depende de la perspectiva que se tenga sobre su origen. El curso de su historia temprana, según cada hipótesis de origen, puede estudiarse por separado. Estos posibles cursos son necesariamente hipotéticos por el momento y no deben considerarse sin la debida reserva; sin embargo, su estudio es importante, ya que las grandes características de la Tierra y los procesos que la moldearon se heredaron de estas etapas tempranas.
Las etapas hipotéticas de la historia temprana de la Tierra, según la visión laplaciana, se han enunciado de la siguiente manera:[1]
Aparte de cualquier duda sobre el modo de génesis, dos cuestiones serias relativas a los procesos delineados en este bosquejo han surgido de investigaciones recientes: una surge de la imposibilidad de encontrar ninguna gran formación basal con las características distintivas de una corteza original; y la otra surge de la duda sobre la posibilidad de una atmósfera tan prodigiosa como la postulada.
1. En relación con una corteza original
La teoría de una tierra fundida parte de la premisa de que la masa líquida se dispuso concéntricamente, con la materia más pesada en el centro y la más ligera en el exterior. Dado que los granitoides son las rocas ígneas más ligeras de las grandes clases, sus magmas debieron formar la zona exterior de la tierra fundida y distribuirse homogéneamente según su gravedad específica. La corteza sólida debió ser igualmente ligera y homogénea, y formó un estrato universal susceptible de identificación. Salvo en la superficie, debió estar completamente cristalizada, ya que el enfriamiento debió ser muy lento, condición favorable para el crecimiento de cristales. No se puede suponer que una gran cantidad de material volcánico fragmentario cubriera la corteza original si consideramos que la atmósfera primitiva contenía toda el agua de la futura hidrosfera, ya que esto no deja suficiente capacidad explosiva en el globo fundido para producir abundantes fragmentos volcánicos. No se puede suponer que dicho material haya ocultado la corteza original de forma permanente, ya que miles de metros de roca se han erosionado de la superficie de las zonas más antiguas conocidas. Es igualmente improbable que la corteza original haya quedado oculta en todas partes bajo sedimentos derivados de ella misma. Por lo tanto, debería haber áreas de la corteza original expuestas en la superficie, y presumiblemente deberían ser extensas.
Hasta hace poco, se creía que las grandes áreas granitoides del sistema Arcaico (las rocas más antiguas conocidas) cumplían estas características obvias de una corteza original; sin embargo, se ha descubierto que la mayoría de estas grandes masas granitoides son intrusivas en rocas que se formaron previamente en una superficie más antigua por (1) efluentes de lava, (2) explosiones volcánicas y (3) sedimentación. Esto reduce a una cantidad desconocida, y aparentemente en declive, las rocas que pueden atribuirse plausiblemente a una supuesta corteza original. Si la tendencia de las investigaciones posteriores sigue la tendencia actual y finalmente excluye todas las rocas accesibles de una corteza original, la teoría de la fusión habrá perdido su respaldo observacional, al menos en su forma original.
2. En relación con la atmósfera primitiva
Hasta ahora se ha considerado generalmente que la atmósfera primitiva era vasta, caliente y pesada y que contenía (1) toda el agua del globo, (2) todo el dióxido de carbono que hay ahora en las rocas carbonatadas, (3) la parte del oxígeno que se ha añadido a las rocas por oxidación, así como (4) la parte de todos estos componentes que ahora se encuentra en la atmósfera y en los tejidos orgánicos.
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La suposición subyacente parece ser que el calor siempre promueve la expulsión de gases; de ser así, la separación de los gases de la roca debería haber sido más completa en el incandescente globo primitivo. Esta concepción ha sido ampliamente aceptada, y la concepción inversa de que las rocas enfriadas reabsorben los componentes atmosféricos se expresa en la opinión, antes prevaleciente, de que la atmósfera y la hidrosfera anteriores de la Luna fueron absorbidas por ese cuerpo, y en las conocidas profecías de un destino similar para la atmósfera y la hidrosfera de la Tierra.
Evidencia física adversa. Una atmósfera tan grande con tanto dióxido de carbono y vapor de agua debería haber proporcionado a la Tierra un clima cálido y uniforme. De hecho, tales climas parecen haber prevalecido en ciertas épocas durante las primeras partes de la historia de la Tierra, así como también durante las posteriores; pero los estudios de las últimas dos décadas han demostrado que hubo una extensa glaciación en los mismos límites de los trópicos, ya al final del Paleozoico, y que hubo glaciación en el noroeste de Europa, en China a 31° de latitud, en Australia y quizás en Sudáfrica, ya al comienzo mismo del Paleozoico. Menos sorprendente, pero quizás no menos significativa, es la presencia de extensos lechos de sal y yeso a principios del Paleozoico, en latitudes bastante altas. Estos depósitos parecen implicar una aridez severa y prolongada, difícilmente conciliable con una atmósfera enorme e igualadora.
Parece que en el Paleozoico se dieron alternancias muy similares entre climas muy uniformes y muy diversificados que marcaron las eras Mesozoica y Cenozoica. En otras palabras, los cambios climáticos parecen haber sido prácticamente iguales tanto en la era geológica temprana como en la tardía.
Evidencia orgánica adversa. Cuanto más se compara la vida primitiva con la vida moderna, más se acerca la idea de que las condiciones atmosféricas eran las mismas, y más incierta se vuelve cualquier perspectiva que postule condiciones profundamente diferentes a las actuales. Los animales que respiraban aire a principios del Paleozoico, y los órganos xerofíticos (indicadores de aridez) de las plantas que vivieron en la última parte de esa era, parecen irreconciliables con una atmósfera vasta, caliente y vaporosa, sobrecargada de dióxido de carbono y vapor de agua.
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La hipótesis de una enorme atmósfera original, que sufre un agotamiento gradual, encuentra, por tanto, escaso apoyo en un estudio crítico de la historia biológica o física de la Tierra.
Las fases más problemáticas del esquema anterior surgen de la suposición de que los gases más ligeros fueron excluidos del globo fundido caliente, formando así una vasta atmósfera. Si es posible modificar la hipótesis, debe hacerse, aparentemente, asumiendo que la Tierra conservó grandes cantidades de componentes gaseosos durante la fase de fusión y los expulsó posteriormente. Dado que las lavas ahora traen a la superficie grandes volúmenes de gases absorbidos, no es, a primera vista, incoherente suponer que un globo de roca fundida pudiera contener grandes cantidades de gases atmosféricos. Quizás sea admisible suponer, además, que una parte considerable del material atmosférico permaneció en la roca tras su solidificación, ya que las rocas ígneas ahora contienen cantidades considerables de gas. Partiendo de estas suposiciones, se puede considerar que la atmósfera primitiva fue menos extensa que en la perspectiva anterior, y se puede suponer que el material gaseoso se mantuvo en reserva en el cuerpo terrestre para impulsar el vulcanismo futuro y alimentar la atmósfera y la hidrosfera.
Esta perspectiva modificada permite suponer que la formación de la corteza pudo haber sido seguida por un período de actividad volcánica excepcional, durante el cual la corteza primitiva quedó tan profundamente enterrada bajo materia volcánica que no ha sido expuesta por la erosión desde entonces. Es coherente, por lo tanto, suponer que las rocas más antiguas accesibles son estos productos volcánicos, mezclados con el material sedimentario que se formó contemporáneamente con ellos. De esta manera, la hipótesis puede ajustarse bastante bien a las rocas más antiguas conocidas. Sin embargo, no está claro que la suposición física en la que se basa sea sólida, ya que la evidencia experimental parece indicar que el material rocoso altamente calentado descarga sus gases, en lugar de retenerlos.
La hipótesis modificada sólo tiene un éxito parcial en la solución de las dificultades atmosféricas, ya que a la [ p. 431 ] atmósfera primitiva deben haberse sumado los aportes del gran período volcánico, y estos juntos probablemente habrían dado una envoltura gaseosa no muy diferente a la de la visión precedente, aunque menos excesiva.
La hipótesis modificada proporciona una base algo mejor que la visión anterior para la actividad volcánica de períodos posteriores y para un suministro de gases a la atmósfera para compensar la pérdida debida a la combinación química de sus constituyentes con las rocas de la superficie; pero no está claro que sea adecuada.
Etapas bajo la Hipótesis Modificada
Las etapas de la evolución bajo esta visión pueden resumirse de la siguiente manera:
El eón astral. La separación del material de la Tierra de la nebulosa madre y su agregación en un esferoide gaseoso giratorio.
El eón fundido. La condensación de la materia rocosa del esferoide gaseoso en un esferoide fundido rodeado de una atmósfera de vapor caliente, reteniendo el esferoide fundido ocluido dentro de sí una parte notable del agua de la hidrosfera actual, así como gran parte del dióxido de carbono representado por los carbonatos y depósitos carbonáceos actuales.
El eón lítico. La solidificación del esferoide fundido, comenzando quizás en el centro, debido a la presión.
El eón volcánico primitivo. Prodigiosa actividad volcánica, que siguió de cerca a la solidificación de la corteza, durante la cual se vertieron grandes lechos de lava en la superficie, seguidos de grandes intrusiones de otras lavas en ellos y a través de ellos. Simultáneamente con esta acción volcánica, la atmósfera y la hidrosfera dieron origen a algunos depósitos sedimentarios, que se intercalaron con los productos volcánicos, pero fueron muy inferiores en volumen. Este período correspondería al eón Arqueozoico.
El eón sedimentario. El tiempo restante hasta la actualidad se ha caracterizado por el predominio de las actividades atmosféricas e hidrosféricas sobre las volcánicas, y el resultado se registra en los tipos comunes de rocas sedimentarias. Este eón [ p. 432 ] comenzó con la deposición de los sedimentos proterozoicos y continúa hasta la actualidad.
Es posible suponer que la Tierra creció por accesiones en algún otro modo que el de la evolución planetesimal, pero este último proporciona la base para el siguiente esquema de etapas probables:
(1) La etapa nuclear, que comenzó con el nudo nebular y prosiguió mediante su condensación gradual a medida que se acumulaban planetesimales, hasta convertirse en un pequeño planeta que continuó creciendo mediante la captura de más planetesimales. No se le asigna una masa específica al nudo nuclear, salvo que su masa era suficiente para controlar sus constituyentes.
(2) La etapa atmosférica inicial. Puede haber habido una etapa después de que el núcleo se condensara durante la cual la Tierra era demasiado pequeña para contener los gases de una atmósfera, pero si la Tierra tenía entonces una masa de una décima parte o más de su masa actual, probablemente tenía una atmósfera limitada como la de Marte; si era mucho más pequeña que esto, probablemente tenía poca o ninguna atmósfera. Cualquiera que sea el estado atmosférico al principio, se supone que a medida que la Tierra crecía, las moléculas atmosféricas se acumularon en ella, y tarde o temprano adquirió el poder de contenerlas y acumular una atmósfera. Las moléculas gaseosas debieron haber llegado desde el exterior, al igual que otros planetesimales, y los gases debieron haber sido liberados del material rocoso que formó la Tierra en crecimiento, particularmente después de que se estableciera la actividad volcánica. Los gases más pesados debieron haber sido retenidos en una etapa anterior, mientras que los más ligeros se controlaron más tarde.
Sin duda, los planetesimales originales contenían gases o material gaseoso, ya que casi todas las rocas y meteoritos actuales emiten gases al calentarse en el vacío[2], y a medida que los planetesimales se agregaban y calentaban, parte de su material gaseoso debería haber escapado y pasado a formar parte de la atmósfera. Dado que la presencia de estos gases y materiales gaseosos en las rocas es tan generalizada, se cree probable que muchos de los gases que ahora emanan de los volcanes formen parte de lo que contenían los planetesimales originales y que ahora estén alcanzando la atmósfera por primera vez.
(3) La etapa volcánica inicial. Antes de que la Tierra alcanzara gran parte de su masa actual, se cree que la autocompresión derivada de su propia gravedad produjo suficiente calor interno como para alcanzar los puntos de fusión de las rocas comunes a bajas presiones. A medida que este calor se expandía, alcanzaba las rocas a presiones que permitían la licuefacción. Descubrimientos recientes han llevado a creer que el calor generado por la radiactividad también contribuyó al desarrollo de altas temperaturas internas y, por lo tanto, a la actividad volcánica. Se desconoce cómo se relacionaron en el tiempo las etapas iniciales de la atmósfera y del vulcanismo, pero posteriormente transcurrieron en paralelo, y se cree que la actividad volcánica contribuyó significativamente a la liberación de gas a la atmósfera.
(4) La etapa hidrosférica inicial. El agua en forma de gas es ligera y activa, y pudo haber escapado inicialmente; pero cuando la Tierra alcanzó el tamaño suficiente, el vapor de agua se mantuvo en la atmósfera, y cuando finalmente se alcanzó el punto de saturación, tomó la forma líquida e inició la hidrosfera. El origen del agua, según la hipótesis, fue el mismo que el de los gases atmosféricos.
Cabe añadir que la hipótesis ofrece una explicación sencilla de las cuencas oceánicas y las protuberancias continentales. Es obvio que, debido al crecimiento desigual, la superficie terrestre podría no haber sido nunca perfectamente esferoidal, de modo que, al comenzar la acumulación de agua en su superficie, esta se acumuló en las depresiones. El material planetesimal que posteriormente cayó al agua quedó protegido de la meteorización, mientras que el material que cayó sobre las zonas protuberantes quedó expuesto a la meteorización, con la consiguiente disminución de su gravedad específica. Así, las zonas deprimidas tendieron a mayores gravedades específicas y, por consiguiente, a una mayor depresión al ser sometidas a tensiones deformantes, mientras que las zonas elevadas tendieron a aligerarse y a sufrir una elevación relativa bajo la tensión de los movimientos deformativos. De ahí la diferenciación entre las cuencas oceánicas y la [ p. 434 ] Las protuberancias continentales comenzaron casi tan pronto como la hidrosfera empezó a acumularse, lo que ocurrió mucho antes de que la Tierra alcanzara su tamaño actual, y han continuado hasta la actualidad.
(5) La etapa inicial de la vida. Las condiciones propicias para la vida no existieron hasta después de un notable desarrollo de la atmósfera y la hidrosfera, pero dado que estas se concentraron en la Tierra en una etapa temprana, es posible que algunas formas de vida surgieran mucho antes de que la Tierra alcanzara su madurez. Por lo tanto, según la hipótesis planetesimal, el tiempo durante el cual la vida pudo haber existido en la Tierra es mucho mayor que el que se suponía según las hipótesis más antiguas.
(6) El clímax de la actividad volcánica. Si bien la actividad volcánica pudo haber comenzado poco después del inicio del crecimiento de la Tierra, probablemente tuvo que esperar (1) un crecimiento suficiente para generar el calor necesario por compresión, y (2) tiempo suficiente para que el calor así generado se filtrara a zonas de menor presión, donde bastaría para licuar las partes más fusibles (solubles) de la roca. El vulcanismo probablemente fue acelerado por la radiactividad. Una vez iniciado, se cree que su importancia fue aumentando gradualmente, y solo alcanzó su clímax algún tiempo después de que cesara el crecimiento más rápido de la Tierra.
Por razones obvias, el clímax del vulcanismo estuvo acompañado de deformaciones de excepcional intensidad. La transferencia de tanto material desde el subsuelo a la superficie requirió un reajuste interno, y la intrusión de los enormes batolitos graníticos, como los que se encuentran en las formaciones tempranas, fue en sí misma una causa de deformación. El diastrofismo probablemente tuvo su clímax con el clímax del vulcanismo, y ambos se produjeron, según la hipótesis, aproximadamente en la época del capítulo inicial de la historia bien documentada de la Tierra.
Las formaciones del período de apogeo volcánico, incluyendo algunos depósitos sedimentarios contemporáneos, se consideran las rocas accesibles más antiguas de la Tierra (el Complejo Arcaico), aunque probablemente solo la última parte de la gran serie volcánica esté representada por el Arcaico conocido. Corresponde a cada estudiante juzgar si los antecedentes asignados conducen adecuadamente o no al estado real de las cosas que revelan las rocas más antiguas conocidas. El valor de una hipótesis, cuando su veracidad no puede demostrarse de inmediato, reside principalmente en su viabilidad.
(7) La etapa gradacional. Para completar el estudio de las etapas, es necesario señalar que, tras el cese del crecimiento de la Tierra y la culminación de la actividad volcánica, la superficie ya no estuvo sujeta a un enterramiento continuo, sino expuesta, siglo tras siglo, a la acción del aire y el agua. El material extraído por estos agentes de las partes superiores se depositó en las cuencas. A lo largo de todo este período restante, los procesos geológicos dominantes fueron, por lo tanto, gradacionales. El vulcanismo y el diastrofismo continuaron siendo importantes, pero no dominantes. Esta etapa abarca el Proterozoico y eras posteriores.
Vista sinóptica de la historia de la Tierra
Las etapas de la historia de la Tierra se dividen en dos grandes grupos, con un período de transición entre ellos. El primer grupo incluye las etapas de crecimiento y el último, las etapas de madurez. En forma de tabla y numeradas cronológicamente, estas etapas se presentan de la siguiente manera:
| III. El Eón Gradacional (Madurez Relativa) | 10. La Era Cenozoica | 9. La Era Mesozoica | 8. La Era Paleozoica | 7. La Era Proterozoica | Las eras más conocidas |
| II. El Eón Extrusivo (de Transición) | 6. La Era Arqueozoica | Las eras parcialmente conocidas | |||
| I. El Eón Formativo (Nacimiento y Adolescencia) | (Bajo la hipótesis planetesimal) 5. La etapa inicial de la vida 4. La etapa hidrosférica inicial 3. La etapa volcánica inicial 2. La etapa atmosférica inicial 1. La etapa nuclear o nebular |
(Bajo la hipótesis gaseosa) La etapa inicial de la vida La etapa hidrosférica inicial La etapa de congelación inicial La etapa fundida La etapa gaseonebular |
Las eras hipotéticas |
Dana, Manual de geología. ↩︎