¿Qué edad tiene la Tierra? Fin de la batalla

Antonio M. Eff-Darwich Peña / 05-12-2011

La evidencia geológica y paleontológica dicta que nuestro planeta debe tener al menos cientos de millones de años de antigüedad, pero el origen último de las rocas sedimentarias y de la vida – el Sol - no parecía ser tan viejo en la época de Darwin. Sin embargo, la sedimentación necesita de erosión y la erosión se debe fundamentalmente al clima, cuyo motor es el Sol. Directa es también la relación entre la vida y nuestra estrella, esto ni lo vamos a discutir.

Vaya problema tenemos entre manos: la física (la del siglo XIX y principios del XX) sólo acepta un Sol de unos 30 millones de años de antigüedad como máximo, mientras que los geólogos y biólogos necesitan mucho más tiempo. Los físicos tenían a su favor su poderosa maquinaria matemática, los geólogos y biólogos sólo tenían evidencias. Pero las cosas no tardarían en ponerse peor para los naturalistas. Entra en escena el físico inglés William Thomson, más conocido como Lord Kelvin.

Kelvin, una de las mentes más brillantes del siglo XIX, calculó - en 1862 - que la edad de la Tierra era de menos de 100 millones de años. Asumió que, en un principio, el planeta había sido un globo de material líquido. Después estimó el tiempo que habría necesitado para alcanzar la temperatura actual suponiendo que el interior del planeta es homogéneo y que el transporte de calor se realiza mediante conducción (el flujo de calor va desde lo más caliente a lo más frío). Sus resultados consideraban además que la temperatura aumenta aproximadamente 1 grado centígrado por cada 28 metros que profundicemos en el subsuelo.

Las estimaciones de Kelvin desesperaron a Darwin. Sin embargo, se tomaron como dogma durante los siguientes treinta años. Pesaba mucho el prestigio del físico inglés y el pobre conocimiento en matemáticas y física que los biólogos y geólogos poseían en aquella época, lo que les impedía rebatir las ideas del gran Kelvin. Además, los físicos tenían en muy baja estima los métodos de los geólogos y sus mediciones. Pero su mayor triunfo fue que las estimaciones de la edad de la Tierra de Kelvin se parecían muchísimo a las de la edad del Sol obtenidas por el método de la energía potencial gravitatoria, por ejemplo por otro peso pesado de la física: Helmholtz. Los físicos disponían de dos estimaciones de la edad de la Tierra independientes.

Seguía el problema de cómo encuadrar la evolución de las especies y los grandes depósitos sedimentarios en el poco espacio de tiempo de vida que los físicos concedieron a nuestro planeta. Para Kelvin pesaba mucho más el hecho de que sus predicciones de edad casaran con la edad propuesta para el Sol, aunque siempre dejó abierta la posibilidad de que sus cálculos fueses incorrectos por no considerar algún proceso físico hasta aquel momento no conocido.

La primera objeción seria (por seria léase física/matemática, de otra manera Kelvin ni la hubiese considerado) a la teoría de Kelvin vino de un antiguo estudiante suyo, John Perry. Perry postuló, allá por 1895, que la edad supuesta de la Tierra podría ser en realidad mucho mayor si no se estipulara que el interior del planeta es homogéneo y si fuera posible un cierto grado de fluidez en algunas de sus capas internas. La existencia de un fluido implicaría que el transporte de calor podría llevarse a cabo mediante convección, lo que supondría que el planeta tardaría muchísimo más tiempo de enfriarse y por lo tanto sería más viejo (de 2.000 a 3.000 millones de años).

Muy simplificadamente: cuando un fluido es calentado por debajo, su temperatura aumenta, la densidad disminuye y tiende a flotar y elevarse en el medio circundante más frío. Al escapársele a un niño un globo de feria, éste sube porque está lleno de un gas menos denso que el aire. Pues bien, el fluido caliente asciende, libera calor, se enfría y desciende. Una vez calentado de nuevo desde el fondo, inicia su periplo de ascenso, liberación de calor y descenso. Esto ocurre en un cazo de agua hirviendo: el borboteo del agua es inducido por el material caliente que asciende del fondo para liberar calor.

Kelvin veía a la Tierra como un pan sacado del horno y Perry como una botella de cristal (la capa rígida) llena de líquido caliente. Inicialmente tanto el pan como el agua caliente estarían a la misma temperatura, pero la botella de Perry tardaría más tiempo en enfriarse que el pan de Kelvin. Ahora sabemos que Perry estaba en lo cierto, sin embargo no quiso retar a su querido maestro y no insistió más en el tema.

A principios del siglo XX, los trabajos sobre radiactividad del matrimonio Curie, de Becquerel o Rutherford demostraron que elementos como el radio pueden emitir grandes cantidades de calor por tiempo indefinido y sin enfriarse. Se había descubierto una nueva fuente de energía y no se tardó mucho en empezar a postular qué pasaría si supusiéramos que en el Sol hay grandes cantidades de elementos radioactivos que pudiesen liberar la energía suficiente para acrecentar la edad del Sol (y por tanto de la Tierra) a miles de millones de años, en lugar de los 30 millones predichos por la contracción gravitatoria. Pero, ¿cómo decírselo al todopoderoso Kelvin? Esta tarea le tocó en 1904 a un humilde hijo de granjeros, Ernest Rutherford; y así lo cuenta:

"Entré en la sala y entre los asistentes descubrí enseguida a Lord Kelvin, y me di cuenta de que me esperaban problemas al final de la conferencia, en la que debía hablar de la edad de la Tierra, tema en el que mis puntos de vista diferían profundamente de los suyos. Me quedé tranquilo porque Kelvin dormía profundamente, pero cuando llegué al punto clave se enderezó, abrió un ojo y me lanzó una mirada siniestra. Por fortuna sentí una repentina inspiración y dije que Lord Kelvin había puesto un límite a la edad de la Tierra ¡siempre que no se descubriera otra fuente de calor!, por lo que sus planteamientos habían sido verdaderamente proféticos. El anciano me miró radiante. Supe que había ganado."

Uno de los primeros científicos en predecir la edad del Sol, si éste contuviera importantes reservas de, por ejemplo radio, fue, curiosamente, el hijo de Darwin, George Darwin, un afamado astrónomo teórico. Muy respetuoso con Kelvin, predijo una edad del Sol que se acercaba a los mil millones de años. El tiempo que necesitaban los geólogos y biólogos parecía provenir de la energía emitida por las partículas radioactivas. Es curioso, la radioactividad, algo que siempre asociamos a lo negativo y catastrofista, podría ser la responsable de la longevidad del Sol y la Tierra, y por tanto de la vida en nuestro planeta.

Los naturalistas estaban exultantes: si "metían" la cantidad suficiente de elementos radioactivos en el interior del planeta, su calor interno aumentaría y el cálculo de la edad de terrestre se modificaría aportando el tiempo necesario para que las especies evolucionasen, los fondos de los océanos se convirtiesen en montañas y las montañas se erosionasen. Pero ¡al introducir la radiactividad en el cálculo de la edad terrestre no se produce prácticamente ningún cambio! Es más, hoy en día sabemos que no hay cantidades significativas de elementos radioactivos en el Sol.

Las cosas estaban así en la segunda década del siglo XX. Las ideas de Kelvin se mantenían, dado su enorme prestigio y la falta de argumentos convincentes por parte del ‘otro bando’. De forma indirecta, los geólogos también torpedeaban nuevas ideas que podían cambiar las cosas. El caso más flagrante fue el de la deriva de los continentes o, mejor dicho, la tectónica de placas.

Hasta 1913, se creía que la orografía terrestre era en parte producto de la contracción del planeta al enfriarse - tal y como decía Kelvin, un sólido al enfriarse se contrae-. Además, la acumulación de sedimentos en algunos lugares del planeta actuaría como palanca elevando otras regiones del planeta. En definitiva, la teoría más aceptada hasta la segunda década del siglo XX – la del Geosinclinal – aceptaba movimientos verticales en la litosfera, pero limitaba muchísimo los horizontales.

Los geólogos no soportaban el empecinamiento de Kelvin con sus cálculos (y tenían en parte razón), pero es también proverbial el empecinamiento de los geólogos con su teoría del Geosinclinal. Esta teoría tenía muchas dificultades para explicar algunos ‘detalles’. Por ejemplo la existencia de cordilleras que parecían cortadas a cuchillo, con un trozo en Escandinavia y otro en América del Norte. O que hubiera trilobites idénticos en el este de Terranova (Canadá) y en Asia, separados por miles de kilómetros, y que esos mismos trilobites no hubieron sido capaces de ‘moverse’ 30 kilómetros al oeste en la misma Terranova. O la similitud de los bordes continentales africanos y suramericanos. Y la lista continúa.

En 1913, Alfred Wegener, un meteorólogo alemán, propuso que la corteza terrestre se haya dividida en una serie de placas que se mueven unas respecto a otras. Curiosamente, su idea de la deriva de placas se le había ocurrido navegando por el Ártico, asomado a la borda del barco, mirando cómo los trozos de hielo se rompían y se separaban (bueno, esto es más bien una leyenda, pero queda muy romántico). Se genera placa en la dorsales oceánicas, mientras que se destruye placa en zonas como la costa oeste de América del Sur, donde la placa oceánica (Pacífica) se hunde bajo la placa Suramericana.

La idea de Wegener tenía dos graves problemas: por una parte se le ocurrió a un meteorólogo (no a un geólogo) y por otra necesitaba de un mecanismo tremendamente poderoso que fuera capaz de mover continentes. El primer problema no tenía solución, pero sí el del mecanismo. ¿Recuerdan a Perry, el ex-estudiante de Kelvin? Él propuso que la convección en el interior del planeta podía ser un mecanismo muy eficiente de transporte de calor. Además involucra el movimiento de grandes masas de materia caliente ascendiendo desde el interior del planeta, liberando calor en la superficie y hundiéndose nuevamente en escalas temporales de decenas de millones de años. Este movimiento ascendente-descendente puede ser el mecanismo de transporte de continentes, como trozos de corcho flotando en agua hirviendo. Una idea genial, pero rechazada frontalmente por muchos geólogos.

Ya tenemos un mecanismo, la convección interna del planeta, que explica el movimiento, aparición y desaparición de los continentes y que concede a la Tierra una edad de miles de millones de años.

El otro gran problema, el de la fuente de energía en el Sol necesaria para elevar su edad y hacerla equivalente a la de la Tierra, tardó algo más en resolverse. Sí tenía que ver con los átomos, aunque no consistía en la desintegración de elementos como el radio sino en la fusión de átomos ligeros como el hidrógeno. Pero esta es otra historia.

Y llegamos al final de este relato un poco novelesco. Kelvin creía que la edad de nuestro planeta era más bien corta porque lo decían sus leyes físicas y lo corroboraban estudios independientes sobre la edad del Sol. Sus argumentos eran correctos, pero erró al no incluir en sus cálculos la convección, razonando que si la Tierra era sólida este mecanismo no funciona. Los geólogos y biólogos disponían de buenas pruebas a favor de una Tierra mucho más longeva, pero fallaron a la hora de enfrentarse al todopoderoso Kelvin.

Con el tiempo, el método científico lo arregla todo y nuevas evidencias y un mejor conocimiento del funcionamiento de la materia (por ejemplo, gracias al descubrimiento de la radioactividad) ayudaron a elaborar un modelo que explica el funcionamiento del Sol, la Tierra y la evolución de las especies.

¿Y quién solucionó el asunto?, ¿un físico, un geólogo, un botánico? Pues ni unos ni otros, sino todos a la vez. Así funciona la ciencia contemporánea, es una empresa en la que distintas ramas deben aportar conocimiento científico, cada una con su particular visión del Universo. Habrán visto también que la ciencia avanza cuando algunos científicos ‘rompen’ los dogmas existentes en sus respectivas áreas del saber. Desafortunadamente, esto les suele llevar al ostracismo e incluso a la burla de sus compañeros de profesión. Pero eso es parte de la condición humana.

A propósito, la edad aproximada de la Tierra es de unos 4.540 millones de años y el debate científico sobre este tema no tiene más de 150 años, o sea, menos de un 0,00001% de la edad del planeta.

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El autor

Antonio M. Eff-Darwich Peña es Doctor en Ciencias Físicas (especialidad Astrofísica) por la Universidad de La Laguna e investigador y profesor en el Departamento de Edafología y Geología de dicho centro, donde compagina estudios de heliofísica y geofísica.

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