Por qué las placas tectónicas y sus movimientos son indispensables para la vida

Si nuestro planeta fuera una roca fría e inamovible, la vida probablemente no existiría

Incluso si le sacás a todos sus habitantes, la Tierra aún seguiría “viva”. Su núcleo líquido se mueve, generando un campo magnético que envuelve al planeta. Los volcanes en erupción vomitan gases y pavimentan nuevas tierras con lava fresca.

La superficie terrestre es un rompecabezas de placas del tamaño de continentes que se empujan, se rozan y chocan entre sí, generando poderosos procesos que forman montañas y transforman paisajes.

Y el metabolismo geológico del planeta -especialmente el dinamismo de sus placas tectónicas- es también responsable de hacerlo habitable. Si el planeta fuese una roca espacial fría, muerta e inerte, probablemente la vida como la conocemos no podría existir.

Otros mundos en el Sistema Solar tienen superficies antiguas con marcas de cráteres de millones o incluso miles de millones de años. Sin embargo, sobre la Tierra, las placas tectónicas se desplazan y se deslizan, renovando constantemente su superficie. En las dorsales oceánicas el magma se eleva, formando una nueva corteza al separar dos placas.

                                                       La Tierra es un mosaico de placas tectónicas

Cuando dos placas se presionan entre sí, una sección de una puede quedar bajo la otra. Ese proceso puede cavar trincheras oceánicas profundas o inducir erupciones volcánicas. Y a veces, como en los Himalayas, las placas continentales chocan entre sí y, al no tener otro destino, construyen montañas.

Proceso vital

Todo eso es esencial para que haya vida sobre la Tierra. Esos procesos llevan carbono dentro y fuera del interior del planeta, regulando la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas con efecto invernadero. Cuando hay demasiado, la atmósfera atrapa mucho calor.

“La temperatura de la superficie aumenta y la Tierra finalmente se convierte en un planeta como Venus“, dice Jun Korenafa, geofísico de la Universidad de Yale, EE.UU. Y si hay demasiado poco, todo el calor se escaparía dejando al planeta inhóspito y frío.

El ciclo de carbono, por lo tanto, actúa como un termostato global, regulándose a sí mismo cuando es necesario (aunque no toma en cuenta el exceso de dióxido de carbono que está causando el cambio climático por la actividad humana).

Europa, la luna de Júpiter, es un fuerte contendor al título de espacio extraterrestre en el que puede haber vida.

Un clima más cálido también genera más lluvia, que ayuda a extraer más dióxido de carbono fuera de la atmósfera. El gas se disuelve en gotas que caen sobre la roca expuesta y las consecuentes reacciones químicas liberan el carbono y minerales como el calcio.

El agua entonces fluye a través de ríos y riachuelos, hasta alcanzar finalmente el océano donde el carbono forma rocas carbonatadas y objetos orgánicos como conchas marinas. El carbonato se sedimenta en el fondo marino sobre una placa tectónica que queda bajo subducción, llevando el carbono al interior de la Tierra.

Entonces, los volcanes escupen el carbono de vuelta a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Después de cientos de millones años, el ciclo finalmente se termina.

Actividad tectónica

Y no solo la subducción devuelve el carbono al manto terrestre: la actividad tectónica también lleva rocas frescas a la superficie que, expuestas, son cruciales para las reacciones químicas que liberan minerales.

Las montañas, formadas de placas tectónicas, canalizan el aire hacia arriba, donde se enfría, se condensa y forma gotas de lluvia que ayudan a extraer el carbono de la atmósfera.

            Si no tuviera placas tectónicas la Tierra sería un lugar caliente e inhóspito, como Venus.

Luego están los volcanes. “La placas tectónicas ayudan a mantener el vulcanismo activo por mucho tiempo”, dice Brad Foley, un geofísico de la Universidad de Penn State, EE.UU.

“Si el vulcanismo no devolviera el dióxido de carbón a la atmósfera, el planeta podría quedar muy frío“. Y mantener un clima cálido es clave para un planeta habitable.

Placas y diversidad

Hay estudios que sugieren, por ejemplo, que la erosión y los procesos de meteorización eliminan de la roca elementos como el cobre, el zinc y el fósforo, llevándolos hasta el mar.

Son nutrientes importantes para organismos como el plancton y podrían haber sido responsables de estallidos de diversidad como la explosión cámbrica ocurrida hace 540 millones de años.

Hay pruebas que también sugieren que períodos de poca erosión -con menos nutrientes disponibles en el océano- coincidieron con eventos de extinción masiva. Al desplazar continentes, las placas tectónicas también podrían haber creado diversos hábitats que impulsaron la evolución de la vida.

Y son también responsables de los respiradores hidrotermales sobre el lecho marino. Cerca del borde de una placa, el agua del mar puede filtrarse en las grietas, donde el magma las calienta a cientos de grados, expulsando el agua caliente de vuelta al océano.

Esos respiradores albergan diversos ecosistemas y algunos científicos sugieren que unas fuentes similares dieron origen a las primeras formas de vida sobre la Tierra.

Los movimientos constantes de las placas pueden incluso desempeñar un rol en el campo magnético terrestre, que podría haber actuado como un escudo, impidiendo que el viento solar arrancara la atmósfera.

¿Placas y vida extraterrestre?

Los astrónomos calculan que hay hasta cien mil millones de planetas en la galaxia. Y muchos del tamaño de la Tierra están dentro de la llamada zona habitable de su estrella, la región donde no hace demasiado calor, ni demasiado frío para que potencialmente exista agua líquida sobre la superficie.

                                        Las placas tectónicas también hacen otras contribuciones.

Estar en la zona habitable y tener agua líquida son los factores más importantes para determinar si puede existir vida sobre un planeta. Pero después de eso, otras características, como las placas tectónicas, entran en juego, dice Norm Sleep, geofísico de la Universidad de Stanford, EE.UU.

Sleep dice que si un planeta las tiene, “la habitabilidad aumentaría enormemente”. Todo eso es, obviamente, especulativo,ya que la Tierra es el único ejemplo conocido de mundo habitable y con placas tectónicas. Algunos investigadores dicen que incluso puede que no hayan sido necesarias para que hubiese vida en la Tierra.

En 2016, Craig O’Neill, un científico planetario de la Universidad Macquarie en Sídney, Australia, desarrolló modelos informáticos que sugieren que no había placas tectónicas en el pasado distante del planeta, ni siquiera cuando la vida se originó hace 4.100 millones de años.

Sin embargo, otros investigadores señalan que esa conclusión es prematura. “Hay que tomar cualquier predicción sobre los inicios de la Tierra con pinzas”, señala Foley.

Geología y biología

                        Las ventosas hidrotermales son el hogar de diversos ecosistemas.

Sleep apunta que “esos ciclos geológicos están haciendo más habitable a la Tierra”, pero agrega que la biología también es importante. “La vida ha tenido 4.000 millones de años para evolucionar rasgos que se adaptan a sí mismos a la vida sobre un planeta con placas tectónicas”, dice.

Pero incluso si fuesen necesarias para la vida, los astrónomos probablemente no podrían determinar si un planeta las tiene. Los que están fuera del Sistema Solar son muy distantes y es virtualmente imposible medirlas sobre otros planetas.

                         Miles de exoplanetas han sido descubiertos hasta ahora.

“Apenas las detectamos sobre nuestro planeta y estamos parados sobre ellas”, resalta Lindy Elkins-Tanton, científica planetaria de la Universidad del Estado de Arizona, EE.UU.

Las placas tectónicas constituyen uno de muchos factores que pueden influenciar la habitabilidad y puede que los científicos no logren determinar la fórmula para la vida hasta que descubran, efectivamente, seres extraterrestres. Pero, mientras tanto, la Tierra seguirá siendo el único mundo verdaderamente vivo.

emilio silvera

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Vista del Gran Colisionador de Hadrones del CERN – AP Photo

El experimento, que complementará las búsquedas ya existentes en el LHC, estará operativo en 2021.

En 2012 la Física llegó a una de las cotas más altas de su historia: el descubrimiento del bosón de Higgs, la «última partícula» que quedaba por descubrir para completar el Modelo Estándar de la Física. Sin embargo, esta teoría, que ha servido durante décadas como guía a las investigaciones y describe todas las partículas que forman la realidad, no puede explicarlo todo. Por ejemplo, le queda lejos la naturaleza cuántica de la gravedad o el origen de la materia y la energía oscuras.

Para arrojar algo de luz acerca de esta fracción oscura del Universo, el CERN –Organización Europea para la Investigación Nuclear, el mismo organismo responsable del hallazgo del escurridizo bosón de Higgs- ha aprobado un nuevo experimento diseñado para buscar partículas ligeras y de interacción débil, asociadas con la materia oscura. Así, FASER (Forward Search Experiment) complementará el programa de física en curso del CERN, desarrollado a través del Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), extendiendo su potencial de descubrimiento a varias nuevas partículas.

Los inconvenientes de la materia oscura

El gráfoco y la literatura que lo sigue es un complemento al artículo de prensa.

“Fermi y PAMELA. Fermi, el telescopio espacial de rayos gamma de la NASA ha observado una señal de rayos gamma compatible con un exceso de positrones (la antipartícula del electrón) en los rayos cósmicos. PAMELA, el satélite de rayos cósmicos europeo observó en 2008 un exceso de positrones en los rayos cósmicos. Por tanto, Fermi confirma la observación de PAMELA. Los físicos de PAMELA creen que su exceso de positrones es debido a la aniquilación de la materia oscura del halo galáctico de la Vía Láctea, en concreto, el espectro de energía observado apunta a una partícula tipo WIMP con una masa de unos 100 GeV. Sin embargo, las observaciones de Fermi presentan un espectro de energía que alcanza hasta 200 GeV, mucho más allá de los 100 GeV e incompatible con los modelos actuales para la materia oscura del halo galáctico. O bien estos modelos están equivocados, o bien Fermi desmiente la interpretación de PAMELA y el exceso de positrones tiene un origen diferente a la materia oscura.”

Si la materia oscura está ahí presente… ¿Quién puede saberlo?

El problema de la materia oscura es que se trata de una sustancia hipotética que no interactúa con la fuerza electromagnética y, por lo tanto, no puede detectarse directamente utilizando la luz emitida. La evidencia astrofísica muestra que la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del Universo, pero hasta ahora no se ha podido observar. Por ello, FASER se centrará e la búsqueda de un conjunto de partículas hipotéticas que incluyan los llamados «fotones oscuros», partículas asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros.

«Este nuevo experimento ayuda a diversificar el programa de física de colisionadores como el LHC, y nos permite abordar preguntas sin respuesta en física de partículas desde una perspectiva diferente», explica en un comunicado Mike Lamont, co-coordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider), que supervisa FASER.

Buscando «productos de descomposición»

Tratan de encontrar las partículas exóticas que se cree componen la materia oscura

Los cuatro detectores principales de LHC no son adecuados para detectar la luz y las partículas que interactúan débilmente y que podrían producirse paralelas a la línea del haz. Pueden viajar cientos de metros sin interactuar con ningún material antes de transformarse en partículas conocidas y detectables, como electrones y positrones. Las partículas exóticas escaparían de los detectores existentes a lo largo de las líneas de haz actuales y permanecerían sin ser detectadas.

Por lo tanto, FASER se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz dentro del experimento ATLAS. Aunque los protones en los haces de partículas serán doblados por los imanes alrededor del LHC, las partículas ligeras, que interactúan muy débilmente, continuarán a lo largo de una línea recta y sus «productos de descomposición» podrán ser detectados por FASER.

Imagen esquemática del detector FASER planeado como se verá en el túnel de la TI12 – CERN

Listo para 2021

Se trata de un detector que medirá menos de 5 metros de largo y cuya estructura cilíndrica central tendrá un radio de unos 10 centímetros. En cuanto a su construcción, tendrá lugar en un lateral del LHC. Para permitir que FASER se construya de una manera rápida y asequible, utilizará piezas de detector de repuesto donadas de los experimentos ATLAS y LHCb.

El experimento se instalará durante el periodo de descanso del acelerador en curso y comenzará a tomar datos durante la fase 3 de operación entre 2021 y 2023.

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Cúmulo del Trapecio en el rango óptico (izquierda) y en el de infrarrojos (derecha). Los astrónomos han hecho dos simulaciones de este cúmulo para hacer las estimaciones de los mundos errantes – Dominio público

Miles de millones de planetas viajan sin control por nuestra Galaxia

Astrónomos han estimado que existen 16.500 millones de planetas errantes en la Vía Láctea. Estos exoplanetas no están unidos a la gravedad de ni8nguna estrella

Astrónomos de la Universidad de Leiden (Países Bajos) acaban de compartir un artículo en la plataforma arXiv, para su publicación en Astronomy & Astrophysics, en el que han llegado a una sorprendente conclusión: la Vía Láctea está recorrida por 16.500 millones de planetas errantes, objetos que vagan más allá del control gravitacional de ninguna estrella y que están sumidos en la oscuridad y el frío.

Los investigación, dirigida por A. van Elteren, revela que estos planetas errantes son mucho más abundantes de lo que se pensaba. Sus resultados indican que, de los 100.000 millones de exoplanetas que se estima que existen en la Vía Láctea, el 16,5 por ciento es un mundo errante. Por tanto, estos mundos vagabundos son abundantes en números de miles de millones.

Estas conclusiones están basadas en dos sofisticadas simulaciones de ordenador. Los astrónomos han introducido las estadísticas definidas por nuestro conocimiento de los exoplanetas y las han aplicado a lo observado en el Cúmulo del Trapecio, un grupo de estrellas jóvenes situado en el corazón de la Nebulosa de Orión. Por tanto, estas conclusiones no son definitivas, aunque sí sugieren la gran abundancia de estos peculiares objetos.

Lo cierto es que, hasta el momento, solo se han identificado 20 de estos mundos errantes, mientras que se han descubierto 3.917 candidatos a exoplanetas, mundos «convencionales» anclados a la gravedad de sus estrellas.

Un punto negro en la oscuridad

La excepcionalidad de los planetas vagabundos no debería de resultar sorprendente, puesto que esos mundos son muy difíciles de ver: están lejos de la Tierra, son mucho más pequeños que las estrellas, no emiten luz propia y tampoco la reflejan. Apenas son un punto oscuro y pequeño en medio de la inmensa negrura del espacio.

A pesar de todo, pueden ser detectados por medio de dos técnicas. Una se basa en la detección de la curvatura del espacio-tiempo que genera su gravedad, y que desvía ligeramente los rayos de luz a causa de su efecto de lente gravitacional (la posición de las estrellas del fondo se modifica cuando un objeto muy masivo se interpone entre el observador y ellas). Otro método de detección se basa en la toma de imágenes infrarrojas.

En esta ocasión, los astrónomos de la universidad de Leiden recurrieron a una triquiñuela: los censos estelares. Teniendo en cuenta la pequeña porción de exoplanetas y estrellas que han sido cartografiados, los científicos extrapolaron las poblaciones y abundancias de cada tipo de objeto y lo aplicaron al Cúmulo del Trapecio.

Los 300 mundos expulsados

Partiendo de las cerca de 500 estrellas parecidas al Sol que existen allí, aplicaron la estadística para estimar la cantidad de sistemas solares de cuatro, cinco o seis planetas existentes. Al final, obtuvieron la estimación de que en dichas estrellas existen un total de 2.522 exoplanetas, que van de los mundos tres veces mayores que la Tierra hasta los 130 veces mayores que Júpiter.

Recreación artística del planeta errante PSO J318.5-22 – MPIA/V. Ch. Quetz

Según los resultados de este modelo y de las estadísticas hechas con lo que sabemos hoy por hoy, entre todos estos 2.522 mundos hay 357 que fueron expulsados de sus sistemas solares en un rango de tiempo de solo 11 millones de años. Unos pocos quedaron atrapados en el cúmulo, cinco fueron capturados por otros sistemas solares y, la gran mayoría, 282 de ellos, abandonaron dicho cúmulo. Además, los astrónomos consideran que, probablemente, los mundos errantes tienen el mismo rango de tamaños que los que orbitan estrellas.

En principio no habría que temer por el destino de estos exoplanetas errantes y disparados, porque el Universo es inmenso. Sin embargo, el modelo elaborado por estos astrónomos reveló que lo infrecuente ocurre muchas veces: 75 de estos 2.522 exoplanetas colisionaron con su estrella hospedadora y 34 chocaron entre sí.

Quizás estos fenómenos no son tan ajenos. Algunos científicos han propuesto varias hipótesis relacionadas con la existencia de planetas vagabundos: se sugiere que nuestro propio Sistema Solar tuvo un planeta más en el pasado y que luego fue expulsado, que Urano chocó con un planeta errante y por eso obtuvo la extraña inclinación de su eje, y que el hipotético Planeta X pudo ser un vagabundo capturado por la gravedad del Sol.

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