Por Fernando Sa Ramón (AAHU)
¿De qué está hecho nuestro planeta y el Universo? ¿Qué elementos los conforman? Un análisis de los componentes que integran el hogar que alberga a la humanidad y a otras tantas millones de especies, y el entorno de ese hogar.
Nebulosa del Cangrejo, consistente en restos de la explosión de una supernova en 1054 a.C.
Mosaico obtenido con el telescopio espacial Hubble de la NASA (Dominio público).
Aproximadamente el 99 % de la corteza terrestre está compuesta por sólo ocho elementos químicos. El que se presenta con mayor frecuencia es el oxígeno, más o menos el 47 % del peso total, seguido por el silicio con un 28 % y el aluminio con un 8 %; el resto, con porcentajes que van descendiendo en peso del 5 % al 2 %, son: hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio. El resto de los elementos presentan porcentajes por debajo de 0,7 % (titanio 0,6 %, hidrógeno 0,14 %, fósforo 0,13 %, carbono 0,1 %, manganeso 0,09 %, azufre 0,05 % y otros, hasta los de menos proporción: el teluro y los metales pesados: oro, iridio, platino, uranio, etc.). Las combinaciones sencillas y complejas de estos ocho elementos y una parte muy pequeña de todos los demás dan lugar a todas las tierras emergidas y los fondos marinos, y a todas las rocas y minerales que conocemos. Los silicatos son la clase mineral más abundante y compleja, con diferencia, y forman las rocas del 95 % de la corteza planetaria.
Hacia el interior, la composición es algo distinta: predomina el hierro con un poco de níquel, silicio, magnesio, aluminio, elementos pesados y trazas de elementos radiactivos, que son responsables de la mayor parte del calor interno. Además, las diferentes capas fluidas y el (presunto) núcleo metálico sólido que se mueven a distintas velocidades crean el campo magnético terrestre, como una dinamo gigante, que nos protege de algunas radiaciones exteriores muy dañinas.
Ahora bien, ¿de dónde vienen los elementos químicos que formaron la Tierra y los seres vivos?
Todos los elementos químicos que conocemos provienen de la evolución de las estrellas, incluidos, por supuesto, los que nos forman a nosotros mismos. Somos polvo de estrellas, somos parte y resultado de la evolución del Universo.
Las estrellas, desde que comienzan a existir, con unos desarrollos que duran entre unos pocos millones y unos miles de millones de años, van transformando el hidrógeno en helio mediante las reacciones de fusión nuclear (la unión de núcleos atómicos para formar otro más pesado), proceso que desprende enormes cantidades de energía. Después se fusiona el helio y también lo van haciendo sus átomos resultantes que generan átomos más pesados, sucesivamente, como subproducto de las reacciones nucleares: carbono, oxígeno, neón, nitrógeno, magnesio, silicio, azufre, calcio… hasta el hierro, y, cuando acaban sus vidas y explotan, se forman casi todos los demás, más complejos y pesados, y siembran su entorno de nuevos elementos para la siguiente generación de estrellas. (Algunos astrónomos consideran metales a todos excepto al hidrógeno y al helio, que son los precursores).
Por otro lado, cuando las partículas muy energéticas que viajan por el espacio (como los rayos cósmicos) chocan con núcleos de carbono y oxígeno, se crean el litio, el boro y el berilio; y, por otra parte, por la acción de las potentes radiaciones estelares sobre las nubes de gas y polvo, se forman multitud de moléculas orgánicas e inorgánicas (la mayoría con base de carbono), como agua, CO2, amoniaco, metano, hidrocarburos, alcoholes, acetilenos, grafenos, sales, óxidos, sulfuros, cianuros y otros elementos, entre los que se destaca una molécula descubierta hace poco, el glicoaldehido, una forma simple de azúcar que es un importante componente básico de la vida.
¿De dónde viene el Hierro?
De entre todos los elementos, se hace necesario resaltar el origen del Hierro. No es más ni menos importante que otros, sino que su creación y su existencia son fundamentales para que nuestro mundo sea tal y como lo conocemos y no de otra forma. Todo el hierro de la Tierra y del sistema solar, y el que corre por nuestra sangre en los glóbulos rojos tiene un origen astronómico fascinante y de vital importancia (y lo vamos a nombrar más veces): es el último elemento, el más estable y el más pesado que se puede formar por fusión en estrellas más masivas que el Sol (porque las que no lo son, no llegan a fabricarlo), así que marca el límite entre la estabilidad y la inestabilidad y posterior final de estas.
Esto se debe a que, cuando esas estrellas masivas fusionan átomos para crear hierro, ya no se produce energía, sino que se absorbe, con lo cual las estrellas se desestabilizan en poco tiempo, colapsan sobre su centro y explotan de manera colosal (novas y supernovas) y forman, en esos momentos, casi todos los demás elementos al fusionar núcleos debido a las reacciones producidas por las inmensas presiones y temperaturas que se alcanzan y a las radiaciones consiguientes. Algunos de los elementos más pesados (oro, platino, iridio, uranio…) se forman, según recientes estudios, en las explosiones debidas a la fusión de estrellas de neutrones o de agujeros negros (kilonovas).
Astronomía, geología y otras ciencias planetarias
La Geología es la ciencia que estudia la composición y estructura interna y superficial del planeta Tierra, y los procesos por los cuales ha ido evolucionando a lo largo del tiempo (tiempo geológico). La Astrogeología o geología planetaria, por tanto, es el estudio geológico de los cuerpos y la materia del Sistema Solar que no sean la Tierra; y la Exogeología sería el posible estudio geológico de planetas de otros sistemas planetarios, en otras estrellas (los exoplanetas).
Siguiendo la misma terminología, la Astronomía moderna ha de ampliarse con la astrobiología, la astrogeografía, la astrometeorología… es decir, los estudios de casi todas las ciencias que conocemos en la Tierra extendidos fuera de ella. Algunos científicos sostienen que los términos más adecuados serían planetología comparativa.
En este caso que nos ocupa, se podría afirmar que es muy lógico el que queramos estudiar, además de las otras ciencias, la geología de otros mundos que no sean la Tierra: los planetas, sus lunas, los asteroides y los cometas. Sin embargo, parece estar claro también que a una especie como la humana esto no le es suficiente, y, así, no ha de extrañarnos que haya varios estudios y proyectos de Minería Espacial para extraer elementos estratégicos de ellos, sobre todo en asteroides. Es un asunto realmente complejo, pero factible, y, quizá, necesario, para no seguir esquilmando nuestro hogar planetario.
En la mayoría de los asteroides, la proporción de elementos pesados es mucho mayor que en la Tierra, ya que, durante el proceso de formación de esta, la mayor parte de dichos elementos se hundieron en su interior. Sin embargo, en esos asteroides, tal inmersión no ha sucedido porque se han quedado en rocas pequeñas comparadas con los planetas, sin un interior fundido, y los elementos se encuentran repartidos de forma más o menos uniforme y son asequibles simplemente perforando o rompiendo roca. Otros asteroides son metálicos porque son los restos de núcleos metálicos de anteriores asteroides mayores y de proto-planetas del principio de la formación del Sistema Solar.
Algunas teorías sostienen que los elementos pesados repartidos actualmente por la corteza terrestre han de provenir de asteroides que cayeron a la Tierra hace miles de millones de años, pero después de formarse la corteza exterior. Podrían estar por las dos razones, que provengan, en parte, de asteroides, y también porque una pequeña cantidad que había en el planeta primigenio permaneció en la superficie sin hundirse.
descubiertos durante la misión Kepler de NASA en 2011. Imagen de @NASA.
Pero ¿y si observamos mucho más lejos, fuera de nuestro Sistema Solar?
Según los últimos descubrimientos astronómicos sobre exoplanetas (planetas que orbitan otras estrellas), que tanto avanzan actualmente, de entre las nubes de gas y polvo a partir de las que se forman planetas, son más numerosas las que tienen elementos químicos que originan planetas rocosos con una composición mineral en la superficie similar a la de la Tierra. Oxígeno, silicio, magnesio y carbono en sus proporciones relativas determinan las rocas y los minerales que conforman la corteza de planetas rocosos como la Tierra y posibles procesos, como la tectónica de placas. Y no sólo eso, sino también la posibilidad de que algunos de ellos alberguen ciertas formas de vida al encontrarse en la zona habitable de su sistema planetario.
Y así volvemos al principio: ¿qué elementos predominan en la corteza de nuestra Tierra? Oxígeno, silicio, aluminio, hierro, sodio, calcio, potasio y magnesio. Sin olvidarnos del carbono, el hidrógeno, el nitrógeno o el fósforo, determinantes aquí para formar seres vivos y rocas, y presentes en los alrededores de muchas estrellas.
«Cada átomo de tu cuerpo proviene de una estrella que ha explotado. Y los átomos de tu mano izquierda, probablemente, vienen de una estrella diferente de los de tu mano derecha. Realmente esa es la cosa más poética que sé de la Física: eres completamente polvo de estrellas».
Lawrence Krauss, doctor en Física y escritor
Todo es polvo de estrellas…
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