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El porcentaje de agua superficial de la Tierra está finamente ajustado para la vida

El setenta y uno por ciento puede parecer algo promedio, pero cuando se trata del porcentaje de agua superficial de la Tierra, ese número parece ser ideal para una civilización avanzada. Una agencia científica como la NASA reconoce que la vida no puede existir sin agua líquida; por lo tanto, su mantra de astrobiología de larga data es “seguir el agua”.1 Esa búsqueda lleva a los astrobiólogos a buscar evidencia de vida o restos de vida en cuerpos astronómicos donde hay al menos una posibilidad de agua líquida superficial.

Sin embargo, el eslogan de la NASA no ayuda, ya que el agua es la tercera molécula más abundante en el universo, justo después de las dos formas diferentes de hidrógeno molecular, H2 y H3. El universo está «empapado».

Para hacer las cosas más difíciles, dos astrónomos de la Universidad de Harvard, Manasvi Lingam y Abraham Loeb, publicaron un paper en el que explican cómo la ubicación y la cantidad de agua líquida en la superficie de un planeta restringen seriamente la posibilidad de vida.2

Problema de demasiada cobertura de agua
En los planetas extrasolares similares a la Tierra que los astrónomos pueden medir, ellos han encontrado que la gran mayoría posee un contenido de agua muy superior al de la Tierra, mientras que el resto está completamente seco. Para la mayoría, la fracción de agua por peso oscila entre el 8 y el 50 por ciento.3 La fracción de agua de la Tierra es solo del 0,045 al 0,251 por ciento, de la cual solo el 0,02 por ciento es agua superficial.4

Cualquier planeta con una fracción de agua del uno por ciento o más, donde al menos parte del agua sea líquida, exhibirá estas características: (1) tendrá superficies con océanos profundos y sin masas terrestres, o (2) tendrá océanos subterráneos profundos y estará completamente cubierto de hielo. Tales mundos carecerán de la meteorización de su masa continental. La falta de dicha meteorización limitará la disponibilidad de fosfatos a solo la pequeña cantidad generada por la meteorización submarina. Esta ínfima cantidad podría permitir la existencia de una pequeña biomasa de microbios procariotas pero no la existencia de animales.5

Cualquier planeta con una fracción de agua del cinco por ciento o más poseerá un océano de al menos 100 kilómetros de profundidad. Un océano de más de cien kilómetros de profundidad no permitirá ningún tipo de meteorización mineral. En el fondo de tales océanos, las presiones serán lo suficientemente extremas como para producir hielo tetragonal (que forma cristales). El hielo tetragonal tiene una densidad mayor que la del agua líquida.6 Así, se formará una capa de hielo en el fondo del océano que creará una barrera permanente entre el agua líquida y los minerales del interior del planeta (ver figura 1). Los océanos de tales mundos carecerán de la densidad de nutrientes para sustentar la vida. También serán ácidos.7

Figura 1: Sección transversal de mundo acuático
Los planetas con una superficie profunda o un océano subterráneo poseerán una capa de hielo tetragonal en el fondo del océano que separará permanentemente su agua líquida de su interior mineral. . Tal océano carecerá de la densidad de nutrientes para sustentar la vida. Créditodel diagrama: Hugh Ross

Problema de Muy Poca Cobertura de Agua
Los planetas abrumadoramente dominados por masas terrestres superficiales se enfrentarán a un problema de precipitaciones. La fuente predominante de precipitación sobre la tierra proviene de la evaporación del agua del océano y la precipitación sobre la masa terrestre es proporcional a la superficie de los océanos de un planeta.

Otro factor crítico para una precipitación equilibrada es que cuanto mayor es el porcentaje de la superficie de un planeta que está cubierta por tierra, más desigual es la distribución de la precipitación sobre la masa terrestre. Donde los océanos cubren menos del 10 por ciento de la superficie de un planeta, muy poca precipitación cae sobre las masas de tierra. La mayor parte del área de la masa terrestre no recibe ninguna precipitación. Las delgadas franjas de tierra que reciben precipitaciones pueden sostener solo una pequeña fracción de la productividad biológica primaria neta que sería típica de un continente o isla actual en la Tierra.

Cobertura de agua afinada
Para que cualquier tipo de vida sea posible, un planeta no debe estar 100 por ciento o 0 por ciento cubierto de agua. La vida microbiana temporal puede existir en un planeta que está cubierto del 5 al 25 por ciento o del 80 al 95 por ciento.

Sin embargo, la existencia a largo plazo de plantas y animales requiere un planeta que recicle eficientemente los nutrientes. Esta necesidad exige que debe haber un equilibrio aproximado entre la superficie de los océanos y la superficie de las masas de tierra. Para que la civilización humana global de alta tecnología sea posible, se requiere un planeta que sea casi exactamente del tamaño de la Tierra. Hoy, en la Tierra, los océanos cubren el 71 por ciento de la superficie y las masas terrestres cubren el 29 por ciento restante. Menos cobertura de masa terrestre significa menos espacio para acomodar una gran población de humanos, sus animales, sus granjas y su tecnología. Más cobertura de masa terrestre significa menos precipitaciones que caen sobre estas y una distribución menos uniforme de esa precipitación, con consecuencias para la producción de cultivos alimentarios.

Desde el origen de la vida hace 3.800 millones de años, la cobertura de la masa terrestre de la Tierra ha ido en constante aumento. Evidentemente, los humanos aparecieron en la Tierra en el momento óptimo para lanzar y sostener la civilización global.

Hasta ahora, los astrónomos solo han encontrado mundos más allá de la Tierra que tienen 100 por ciento o 0 por ciento de su superficie cubierta de agua. Que estemos cubiertos en un 71 por ciento por agua y en un 29 por ciento por masas terrestres no parece ser un accidente, sino más bien un testimonio de un diseño con propósito.

Notas
  1. NASA Fact Sheet, “Follow the Water: Finding a Perfect Match for Life,” April 16, 2007, https://www.nasa.gov/vision/earth/everydaylife/jamestown-water-fs.html.
  2. Manasvi Lingam and Abraham Loeb, “Dependence of Biological Activity on the Surface Water Fraction of Planets,” Astronomical Journal 157, no. 1 (January 3, 2019): id. 25, doi:10.3847/1538-3881/aaf420.
  3. Sheng Jin and Christoph Mordasini, “Compositional Imprints in Density-Distance-Time: A Rocky Composition for Close-In Low-Mass Exoplanets from the Location of the Valley of Evaporation,” Astrophysical Journal 853, no. 2 (February 1, 2018): id. 163, doi:10.3847/1538-4357/aa9f1e; Jingjing Chen and David Kipping, “Probabilistic Forecasting of the Masses and Radii of Other Worlds,” Astrophysical Journal 834, no. 1 (December 27, 2016): id. 17, doi:10.3847/1538-4357/834/1/17; Leslie A. Rogers, “MOST 1.6 Earth-Radius Planets Are Not Rocky,” Astrophysical Journal 801, no. 1 (March 2, 2015): id. 41, doi:10.1088/0004-637X/801/1/41; C. T. Unterborn, N. R. Hinkel, and S. J. Desch, “Updated Compositional Models of the TRAPPIST-1 Planets,” Research Notes of the American Astronomical Society 2, no. 3 (July 3, 2018): id. 116, doi:10.3847/2515-5172/aacf43; David Charbonneau et al., “A Super-Earth Transiting a Nearby Low-Mass Star,” Nature 462 (December 17, 2009): 891–94, doi:10.1038/nature08679; Linda T. Elkins-Tanton and Sara Seager, “Ranges of Atmospheric Mass and Composition of Super-Earth Exoplanets,” Astrophysical Journal 685, no. 2 (October 1, 2008): 1237–46, doi:10.1086/591433; Geoffrey Marcy, “Water World Larger Than Earth,” Nature 462 (December 17, 2009): 853–54, doi:10.1038/462853a.
  4. Richard C. Greenwood et al., “Oxygen Isotope Evidence for Accretion of Earth’s Water before a High-Energy Moon-Forming Giant Impact,” Science Advances 4, no. 3 (March 28, 2018; corrected update July 13, 2018): eaao5928, doi:10.1126/sciadv.aao5928.
  5. Jochen J. Brocks et al., “The Rise of Algae in Cryogenian Oceans and the Emergence of Animals,” Nature 548 (August 31, 2017): 578–81, doi:10.1038/nature23457; Christopher T. Reinhard et al., “Evolution of the Global Phosphorus Cycle,” Nature 541 (January 19, 2017): 386–89, doi:10.1038/nature20772.
  6. A. Levi, D. Sasselov, and M. Podolak, “Structure and Dynamics of Cold Water Super-Earths: The Case of Occluded CH4 and Its Outgassing,” Astrophysical Journal 792, no. 2 (August 25, 2014): id. 125, doi:10.1088/0004-637X/792/2/125.
  7. Hugh Ross, “Waterworld Planets Are Acidic, Primordial Earth Was Not,” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, May 14, 2018, https://www.reasons.org/todays-new-reason-to-believe/read/todays-new-reason-to-believe/2018/05/14/waterworld-planets-are-acidic-primordial-earth-was-not.