¿Cómo y porqué comenzó a llover?

Normalmente la gente cree que la Tierra se enfrió porque comenzó a llover sobre un «mar de lava» en una especie de diluvio universal que llenó los océanos. No es difícil encontrar documentales que, remontándose a estas épocas, así lo afirman, o al menos lo dan a entender. Pero nada es tan obvio como parece. Vemos llover a menudo y pensamos que es una cosa fácil y natural, pero lo cierto es que el mecanismo de la lluvia es muy complejo. Sabemos que llueve porque las gotas de lluvia crecen hasta que son más pesadas que las corrientes ascendentes de aire, y entonces la gravedad atrae las gotas de agua provocando la lluvia, pero se han preguntado alguna vez cómo crecen las gotas de lluvia. La respuesta de casi todo el mundo es «juntándose», pero la acreción de las gotas de lluvia no es sencilla, ya que el choque de dos gotas de agua de tamaños similares tiende a disgregar la gota. Para que se produzca la coalescencia de dos gotas de lluvia una debe de ser mucho mayor que la otra. La teoría más plausible es la Bergeron, que afirma (grosso modo) que en toda nube, la parte superior está por debajo de los cero grados, allí el vapor de agua se sublima y se forman en copos de nieve. Gracias a las irregularidades de la superficie de los cristales de hielo se van engarzando y creciendo. Pero ¿Siempre, en toda la historia de la Tierra, ha habido condiciones tales que en toda nube la parte superior está por debajo de los 0 ºC? ¿Y cómo comenzó a llover?

Según las teorías sobre la formación de la Tierra en su juventud fue un lugar extremadamente caliente. ¿Es posible en estas condiciones el mecanismo de Bergeron? La verdad es que en la historia de nuestro planeta ha habido diferentes atmósferas, cuya evolución nos da algunas explicaciones. Cuántas y cuáles han sido esas atmósferas no está del todo claro, pero se debate en torno a si hubo tres o cuatro atmósferas, todo depende de si los gases de la nebulosa primigenia que existían en el protoplaneta formó o no una atmósfera verdadera. Luego vendría la atmósfera (segunda, vamos a decir) que formarían los gases desprendidos por las rocas a través de la actividad volcánica, en su mayoría hidrógeno, carbono y nitrógeno que formarían compuestos como el amoniaco y el metano. Y agua, claro. Parece que estas sustancias son propicias para la biogénesis.

Tras la pérdida total del hidrógeno libre aparece la tercera atmósfera, rica en CO2 y N2 debido a que se mantendría el equilibro de las reacciones químicas. Esta atmósfera permitiría la formación de compuestos complejos de carbono en condiciones abióticas. La transformación habría tenido lugar hace unos 3.000 millones de años y su en aparición habrían tenido un protagonismo notable los seres vivos. En la Tierra la mayor parte del CO2 se encuentra atrapado en las rocas calizas. Tan sólo una milésima parte del CO2 (0,03%) se encuentra libre en la atmósfera.

La cuarta atmósfera es la actual. Tiene como novedad la presencia abundante de oxígeno (21%). El oxígeno es producto de la fotosíntesis. La transición fue lenta.

Las lluvias se deben de remontar, al menos a la segunda atmósfera, ya que en tiempos tan remotos existen océanos y vida. Desde entonces, el agua que posee nuestro planeta ha sido la misma, a través del ciclo del agua, que ha venido funcionando durante más de 3.000 millones de años. Ahora bien, para que se produzca la lluvia necesitamos tres condiciones: vapor de agua, condensación del agua y gotas de agua suficientemente grandes como para ser atraídas por la gravedad terrestre. Para entonces el planeta debería de estar los suficientemente frío, pero ¿cómo se enfrió si la mayoría de los gases que encontramos son gases invernadero?

Falencias y paradigmas de las teorías en relación con la lluvia

Las teorías de la formación de la Tierra tienden a afirmar que al principio la Tierra era una bola caliente que se fue enfriando. Normalmente se dice que se enfrío porque empezó a llover. Sin embargo, en un nacimiento caliente de la Tierra es muy difícil que actúe el mecanismo de Bergeron. No parece lógico que se formaran cristales de hielo. Así las cosas o bien no comenzó a llover hasta que la Tierra estuvo lo suficientemente fría, o bien la formación de la Tierra se produjo por la acreción fría de material interestelar y el calor interior de la Tierra actual se debe a un «encendido del horno» fruto de la presión y la presencia de materiales radiactivos en el interior.

Y un problema más. Se afirma que la vida comenzó hace unos 4.000 millones de años, es decir, muy al principio de la formación del planeta, en todo caso con una atmósfera en la que predominaba el metano. Además, se cree que fue en un medio líquido, en los mares. Y para explicar la existencia de los océanos de agua se afirma que comenzó a llover muy pronto, y claro, comenzó a llover agua, de otra forma no se explicaría la existencia de océanos de agua. Esto complica más las cosas, ya que sería necesario que lloviese agua en un planeta caliente. ¿Podría haber agua en superficie si no lloviese?

Como vemos la cuestión de porqué y cómo comenzó a llover no es tan fácil como parece a primera vista y merece una investigación detallada. Yo, aquí formularé mis hipótesis lo más exhaustivamente que pueda.

Importancia de la temperatura en la formación del sistema solar

El comienzo caliente facilita la explicación de algunas peculiaridades de la composición de los planetas. Explicaría porqué en el Sol abunda el hidrógeno y helio, y no los metales. A esas temperaturas los metales se evaporarían y tenderían a concentrarse en la parte más externa del disco solar, donde volverían a enfriarse y a convertirse en metales. Con el tiempo, y la reducción del tamaño del Sol, ése sería el material con el que se formarían los planetas, al menos los planetas internos. Como la materia primordial estaría caliente, el comienzo de los planetas debería de ser caliente. No obstante, cuando se plantean otros problemas relacionados con el origen de la Tierra, como la aparición de la vida, un planeta demasiado caliente es un problema, así que se suele afirmar que la superficie terrestre se enfrío rápidamente.

Muy posiblemente, ese nacimiento caliente se reduzca a los primeros tiempos de la formación del planeta, cuando aún no se había escapado el helio y el hidrógeno primitivo, y una vez desaparecido éste se enfriaría rápidamente por radiación ante la ausencia de una atmósfera potente. Así, éste sería uno de los mecanismos de enfriamiento del planeta, en el lapso transcurrido entre la desaparición de la primera atmósfera y la formación de una segunda atmósfera.

Un planeta caliente implica una atmósfera caliente; además, está compuesta de gases invernadero que hacen aumentar la temperatura. Si la superficie terrestre está demasiado caliente la energía inducida al agua en superficie provocará una evaporación muy intensas (bien entendido que la evaporación se produce a todas las temperatura, aunque más rápidamente cuanto mayor sea la temperatura). No obstante, en esta segunda atmósfera la presión de vapor de agua alcanzaría rápidamente el punto de saturación con lo que se volvería a condensar, garantizando, así, la presencia de agua líquida aun con temperaturas altas, pero no demasiado. Esta condensación se haría, principalmente, sobre la superficie terrestre; pero también en la atmósfera, en los núcleos de condensación, las múltiples motitas de polvo que abría en la atmósfera. Esto provocaría una niebla constante que dificultaría la llegada de la radiación solar a la superficie. Si la superficie terrestre estuviera demasiado caliente la temperatura no disminuiría notablemente ya que la energía no provendría mayoritariamente del Sol sino de la propia Tierra. Sin embargo, si la superficie de la tierra ya estuviera lo suficientemente fría la niebla contribuiría al descenso de la temperatura.

Con una atmósfera demasiado caliente no funcionaría el mecanismo de Bergeron. El crecimiento de las gotas de lluvia debería producirse por coalescencia, pero una atmósfera muy caliente tendría corrientes ascendentes muy fuertes por lo que las gotas deberían ser muy grandes y se moverían mucho en la atmósfera, chocando unas con otras desintegrándose mutuamente. No creo que con este modelo sea posible la lluvia.

Mi hipótesis

Recapitulando: a mi entender el nacimiento de la Tierra como planeta caliente es necesario. Pero la temperatura habría de ser la justa para que las rocas se fundan, y no mucho más. La atmósfera, en esto momentos y de existir, no sería lo suficientemente eficaz como para impedir la rápida pérdida de calor por radiación. Los continuos impactos de los meteoritos provocarían un aumento de la temperatura en el momento del impacto, ni siquiera hoy en día el material de los meteoritos que llega a la superficie está caliente, y sólo provocarían calor en el impacto. Este calor se perdería rápidamente por radiación.

El agua provendría de las rocas del planeta, o de los meteoritos caídos, que en definitiva viene a ser lo mismo, pero también, indirectamente, de la reacción del metano y el amoniaco con el oxigeno liberado en la reducción de las rocas superficiales. En esta reacción se aniquila el metano (o el amoniaco) y el oxígeno y se forma agua y CO2. Recordemos que la atmósfera de metano y amoniaco es muy reductora, y que la reducción es la liberación de oxígeno de un cuerpo. Se iría formando así una atmósfera con más CO2 y vapor de agua y menos metano y amoniaco.

Alcanzado un tamaño crítico, los gases desprendidos por las rocas, bien a través de los volcanes, bien por la caída de nuevos meteoritos, quedarían atrapados por la gravedad terrestre, formando así una nueva atmósfera, de metano, amoniaco, dióxido de carbono y vapor de agua. Esta atmósfera tiene un gran poder invernadero y a partir de entonces la pérdida de calor por radiación se hace más difícil, pero la superficie de la Tierra estaría, ya, fría. La energía calorífica provendría mayoritariamente del Sol. La temperatura, no obstante, aún podría ser mucho mayor que en la actualidad. Sin embargo, ya tendría que haber un gradiente altitudinal negativo, por lo que, a cierta altura, podría estar por debajo de 0 ºC permitiendo el mecanismo de Bergeron.

De esta manera no se enfriaría la Tierra porque comenzó a llover, si no que comenzó a llover porque la Tierra se enfrió. Sería, además, una Tierra en la que ya existían océanos de agua, antes de las primeras lluvias. Recordemos que, por la presión de vapor de agua, una vez que se a llegado al punto de saturación a cada «gramo» evaporado le corresponde otro condensado. No parece lógico pensar en un gran «diluvio» que llenase los océanos. Para ello debería estar «todo» el agua de la Tierra disuelta en la atmósfera.

Sólo cuando la atmósfera estuviese lo suficientemente fría podrá desencadenarse el mecanismo de la lluvia, y muy probablemente esto fue en un punto localizado, cerca de los polos. Yo me imagino la primera lluvia hace unos 4.000 millones de años como una tormenta de verano: fuerte, localizada y pasajera. Muy posiblemente se restableciese el equilibrio rápidamente, aunque comenzaría, así, un período de lluvias que más que llenar el océano de agua (subiría el nivel, como no, pero quizá no mucho más que la diferencia entre épocas glaciares y sin hielo en la Tierra), despejaría el cielo de nubes.