¿Qué es la paradoja de ‘El tenue sol joven’?

En teoría, la tierra debe haberse congelado bajo un sol joven y tenue. Sin embargo, la tierra se mantuvo cálida y tostada incluso cuando el sol estaba oscuro. Esto podría deberse a una mayor concentración de gases de efecto invernadero o al menor albedo de la Tierra primitiva.

Hace 4.500 millones de años, en la vasta extensión del espacio, las nubes de gas colapsaron bajo su gravedad para formar una esfera gaseosa que eventualmente se convertiría en el centro de nuestra existencia; el sol.

Actualmente, el sol disfruta de su juventud estable y viva al fusionar el hidrógeno y fomentar su sistema solar. Sin embargo, no siempre ha sido así. Durante su vida temprana, hace unos 3.500 millones de años, nuestro sol era una estrella tenue y tenue con solo el 70% de su brillo actual. Una estrella de tan poca luminosidad nunca podría proporcionar suficiente calor a un planeta como la Tierra y, por lo tanto, teóricamente, la tierra joven debe haber sido una bola de hielo congelada.

¡Entran los geólogos! Estudiaron la Tierra primitiva y descubrieron que nuestro planeta no solo era cálido en ese entonces, sino que de hecho estaba muy caliente con agua líquida y una temperatura del océano de 40-60oC. Y adivinen qué más estaba sucediendo hace 3.500 millones de años; ¡¡¡VIDA!!!

Entonces, si el sol, nuestra única fuente de energía, no fue capaz de mantener la tierra caliente, ¿cómo adquirió la tierra suficiente energía para derretir todo el hielo e incluso producir vida? Vamos a averiguar.

¿Qué es la paradoja del sol joven y débil?

En 1972, el legendario astrónomo Carl Sagan y su colega George Mullen propusieron la Paradoja del Sol Joven y Débil: ¿Por qué la tierra estaba caliente cuando el sol estaba oscuro?

cuando el sol es tenue meme

A medida que envejece, nuestro sol se hace más grande, más caliente y más brillante; gracias a las reacciones de fusión termonuclear que lo alimentan. El sol está compuesto principalmente de hidrógeno (73%) y helio (25%). Dentro del sol, el hidrógeno se fusiona para formar helio y libera una enorme cantidad de energía. Pero a medida que se consume más hidrógeno, la composición de su núcleo cambia, lo que hace que el sol brille más.

Entonces, lógicamente, el sol infantil habría comenzado como una estrella pequeña y de baja luminosidad. De hecho, al estudiar estrellas similares al sol, los astrofísicos han confirmado que durante sus primeras etapas, el sol estaba casi 30% más débil.

Ahora, vayamos a la tierra. Nuestra tierra se formó más o menos durante el mismo período que el sol. Según Stellar Physics, si el sol fuera un 30% más débil durante el período conocido como el Eón Arqueano (hace 3.8-2.5 mil millones de años); entonces, teóricamente, la temperatura global debería haber bajado a -20oC, que está muy por debajo de la temperatura de congelación. (Para que lo sepas, la temperatura global actual es de + 15oC).

En resumen, según los datos astrofísicos, la Tierra primitiva habría sido una enorme bola de nieve con cero posibilidades de que existiera agua líquida o vida.

Sin embargo, los geólogos cuentan una historia diferente.

Las evidencias geológicas sugieren que los océanos cálidos se ondulaban en la superficie de la tierra en el Eón Arcaico.

Cristales de circón

Circón

Cristal de circón (Crédito de la foto: Robert M. Lavinsky / Wikimedia commons)

El circón o silicato de circonio, que se encuentra principalmente en Australia, es el mineral más antiguo del planeta tierra. Los depósitos de circón más antiguos tienen casi 4.400 millones de años. Por lo tanto, es el candidato perfecto para echar un vistazo a la Tierra primitiva. Los estudios sobre cristales de circón muestran que se formaron en presencia de agua líquida. Esta es la primera contradicción con la teoría de la tierra congelada.

Otras evidencias

En segundo lugar, las evidencias de fósiles y rocas sugieren que las primeras formas de vida surgieron en la tierra hace unos 3.800 millones de años. El agua líquida es el ingrediente más necesario para la vida y, por lo tanto, la existencia de vida confirma la presencia de agua líquida y una tierra cálida.

Temagami greenstone cinturón almohada lava

Pillow Lava, evidencia de agua líquida. Se forman cuando la lava se extruye bajo agua líquida (Crédito de la foto: Black Tusk / Wikimedia commons)

Por tanto, la evidencia geológica contradecía la teoría astronómica; dando lugar a la Paradoja del Sol Joven y Débil, que todavía desconcierta a los científicos de todos los campos.

A partir de su propuesta, numerosos estudios se han adelantado con innumerables hipótesis sobre la paradoja. Hablar de todos ellos no es prácticamente posible. Así que echemos un vistazo a los más probables aquí.

Efecto invernadero mejorado: ¿Los gases de efecto invernadero mantuvieron caliente la Tierra primitiva?

En 1972, Sagan y Mullen propusieron una solución a la paradoja del sol frío; Efecto invernadero mejorado.

Cuando la radiación del sol golpea la superficie de la tierra, absorbe parte de la radiación y refleja el resto. Pero ciertos gases en la atmósfera, como el CO2 o el vapor de agua, pueden atrapar estas radiaciones. Y cuando quedan atrapados en la atmósfera, calientan la tierra y elevan su temperatura. Este es el efecto invernadero y los gases que lo causan se denominan gases de efecto invernadero.

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El efecto invernadero (Crédito de la foto: Arte siberiano / Shutterstock)

Durante el eón Arcaico, la atmósfera de la tierra fue drásticamente diferente de su estado actual. Teniendo esto en cuenta, Sagan y Mullen sugirieron que la atmósfera primitiva habría tenido una mayor concentración de poderosos gases de efecto invernadero. De hecho, identificaron a uno en particular; Amoníaco.

Amoniaco (NH3)

El NH3 es un gas de efecto invernadero fuerte y un buen absorbedor de radiación infrarroja. Por tanto, parece un buen candidato para calentar la tierra. Sin embargo, existe un problema.

El bebé sol era muy violento y tenía fuertes vientos solares. En consecuencia, las intensas emisiones de rayos ultravioleta del sol podrían destruir fácilmente todo el NH3 formado en una década. Por lo tanto, el amoníaco quedó fuera de discusión.

La juventud violenta de los proxies solares

El sol joven era más violento (Crédito de la foto: IAU / E. Guinan / Wikimedia commons)

Tras la caída del amoníaco, los científicos comenzaron a buscar la siguiente solución posible.

Dióxido de carbono y metano

En la actualidad, el CO2 y el metano son los principales gases de efecto invernadero del planeta. Por lo tanto, también podrían haber desempeñado un papel similar en la era Arcaica.

Tierra primitiva - Relación solar y CO2

Luminosidad solar frente a concentración de CO2; La Tierra primitiva tenía mayores cantidades de CO2 (Crédito de la foto Gretashum / Wikimedia commons)

Los siguientes factores deben haber contribuido a la formación y acumulación de CO2 y metano en la Tierra primitiva;

  • Impactos del espacio: En aquel momento; Las colisiones de asteroides y rocas eran frecuentes ya que quedaban muchos desechos espaciales después de la formación del sistema solar. Estos impactos podrían derretir grandes volúmenes de rocas, dando como resultado la formación de charcos de lava fundida. Estos charcos, junto con las erupciones volcánicas, podrían liberar una gran cantidad de dióxido de carbono a la atmósfera. Además, estas colisiones también podrían suministrar elementos como el azufre que es esencial para la formación de vida.

Arcaico

Una impresión artística del Eón arcaico (Crédito de la foto Tim Bertelink / Wikimedia commons)

  • Fuentes geológicas: El manto caliente y el núcleo de la tierra podrían haber liberado una cantidad apreciable de CO2.
  • Ecosistemas anaeróbicos: Las primeras formas de vida en la tierra fueron anaerobios, especialmente metanógenos. Los metanógenos son básicamente fábricas de metano y su presencia podría haber provocado la acumulación de metano en la atmósfera primitiva.

Sin embargo, hay una trampa. Se requiere una cantidad increíblemente grande de CO2 y metano para lograr un calentamiento de esta magnitud y no es prácticamente posible.

Otros gases de efecto invernadero

Los vientos solares y las partículas de alta energía emitidas por el joven y violento sol podrían haber dado lugar a la formación de gases como Óxido nitroso (gas de la risa) y Cianuro de hidrógeno. Entre estos, el N2O es un poderoso gas de efecto invernadero y, irónicamente, el cianuro ayuda a la formación de vida.

Además, la atmósfera primitiva también era rica en nitrógeno que es conocido por potenciar el efecto invernadero.

En resumen, la teoría del invernadero mejorado establece que todos los gases de efecto invernadero habrían trabajado juntos para hacer de nuestra tierra un refugio cálido y tostado para la vida.

El problema con la hipótesis del invernadero

Hay dos problemas principales con la teoría del efecto invernadero.

  • Se requiere una concentración muy alta de gases de efecto invernadero para transformar una tierra congelada en una cálida.
  • Una mayor concentración de gases de efecto invernadero podría resultar en la formación de una neblina sobre la atmósfera terrestre que podría ser contraproducente e impedir que la luz solar entre incluso en la tierra. Esto daría como resultado una efecto anti-invernadero y enfriar aún más la tierra.

meme de gases de la casa verde

Por tanto, la teoría del efecto invernadero no es perfecta.

El efecto albedo

¿Alguna vez te han aconsejado que no uses ropa negra en verano? Probablemente sepas que es mejor optar por prendas de colores claros cuando hace calor. Esto se debe a que el negro absorbe casi toda la luz solar que cae sobre él y nos hace sentir más cálidos, mientras que el blanco refleja la mayor parte de la luz y, por lo tanto, nos refresca. Este es el efecto albedo en acción.

Albedo es la cantidad de luz solar reflejada por una superficie. Las superficies con mayor albedo reflejan más luz solar.

El mismo fenómeno ocurre también con la tierra. Las superficies blancas como los paisajes nevados tienen un albedo más alto; reflejan la mayor parte de la luz solar y enfrían la tierra. Mientras tanto, las superficies más oscuras como los pavimentos o el suelo oscuro tienen un albedo más bajo y calientan la tierra al absorber la mayor parte de la luz solar.

La hipótesis del albedo sugiere que un albedo de la superficie inferior mantenía caliente la tierra primitiva.

meme de volcanes arcaicos

Los volcanes jugaron un papel importante en el aumento de la temperatura de la tierra.

Durante la era Arcaica, las erupciones volcánicas fueron un evento común. La lava oscura solidificada podría actuar como un absorbente perfecto de la luz solar. Además, en ese entonces, los continentes como los conocemos no se formaron y la tierra estaba cubierta por un vasto océano y un hipotético supercontinente oscuro. Ahora podrías estar pensando; ¿No tienen los océanos un albedo alto? ¡Bueno no! El albedo promedio de un océano es 0.07, lo que significa que solo reflejan el 7% de la luz que cae sobre ellos.

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Supuesto supercontinente durante el eón Arcaico (Crédito de la foto DARC 12345 / Wikimedia commons)

En resumen, el bajo albedo de la superficie también podría ser la razón detrás de una tierra cálida y tostada.

Una breve mirada a otras soluciones plausibles

Existen cientos de explicaciones sobre la paradoja, presentadas por expertos de diversos campos de la ciencia. Algunos sugieren que el rotación e inclinación de la tierra tuvo un papel que desempeñar en su temperatura, mientras que otros señalan que Cubierto de nubes en la atmósfera arcaica también podría hacer la magia.

También existe el argumento de que además del sol, la tierra tenía acceso a otras fuentes de energía como;

  • Energía del núcleo caliente de la tierra.
  • Energía de las mareas de la luna y el sol.
  • Energía de impactos espaciales.

Significado de la paradoja

Algunos de ustedes podrían estar pensando, ¿por qué estamos tan atrapados en esta paradoja? ¿Por qué no aceptamos simplemente que la tierra tenía las características adecuadas en el momento adecuado? Porque, resolver esta paradoja podría abrir las puertas a muchos misterios sin resolver del universo. Por ejemplo, los estudios en Marte implican que el planeta alguna vez tuvo agua líquida fluyendo en su superficie. Una solución a la paradoja del débil sol podría proporcionar una mejor comprensión de los primeros entornos de Marte o incluso de los planetas de otros sistemas solares.

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Signos de agua que fluye en la antigua Marte (Crédito de la foto: Agencia Espacial Europea Agencia Espacial Europea / Wikimedia commons)

Este es un breve relato de la ‘paradoja del sol joven y débil’. Todos los factores mencionados anteriormente podrían haber contribuido a la existencia de una tierra cálida y templada. ¿Cuál de estas teorías crees que es la más precisa? ¿O hay otra solución innovadora a la paradoja, esperando ser descubierta? Sigue reflexionando.