CUANDO EL NÚCLEO DE LA TIERRA SE TRAGÓ SU ATMÓSFERA

La atmósfera de la Tierra es rara entre los planetas rocosos. Venus y Marte, pese a tener presiones enormemente distintas, tienen ambos un aire compuesto por cerca de un 95 % de dióxido de carbono y un pequeño porcentaje de nitrógeno. El de la Tierra es pobre en dióxido de carbono y rico en oxígeno. Parte de la diferencia procede de miles de millones de años de geología y de vida. Pero los planetas también pudieron empezar con reservas distintas de los elementos que forman las atmósferas y los seres vivos: hidrógeno, carbono y nitrógeno.

Vera Sparrman, de la Universidad de Copenhague, y Anders Johansen, de Copenhague y de la Universidad de Lund, en Suecia, volvieron al principio de todo: la época en que la Tierra aún crecía dentro del disco de gas y polvo que rodeaba al joven Sol.

Una lluvia de hierro a través de un mar de magma

En esa etapa, el calor liberado por el material que llegaba mantenía fundido el manto del planeta. La Tierra en crecimiento estaba envuelta en un océano de magma global. Cada nuevo fragmento de material aportaba roca, que se unía al magma, y metal de hierro y níquel, que se hundía a través de él en gotas —cayendo a cerca de un metro por segundo— para construir el núcleo. Los gases de la atmósfera se disolvían en el magma, y algunos se disolvían a su vez en el metal que caía. Así, la lluvia de hierro podía arrastrarlos hasta el fondo.

Los autores modelaron este intercambio entre la atmósfera, el océano de magma y el núcleo capa a capa, desde una semilla del 2 % de la masa terrestre hasta el 64 %, más o menos la proto-Tierra anterior al gran impacto que formó la Luna. Las cantidades totales de hidrógeno, carbono y nitrógeno se ajustaron a las estimaciones para la Tierra actual, incluidas las que se cree que están ocultas en su núcleo.

Dos maneras de construir un planeta

Compararon dos formas de crecer:

• Acreción de guijarros: la Tierra barre guijarros de entre un milímetro y un centímetro. A medida que el entorno del planeta se calienta, estos pequeños granos pierden sus ingredientes volátiles antes de llegar. El hidrógeno deja de llegar casi de inmediato; el carbono y el nitrógeno dejan de hacerlo hacia la masa de Marte. Los volátiles llegan pronto.
• Acreción de planetesimales: la Tierra crece a partir de cuerpos de cientos de metros de diámetro o más, que protegen sus volátiles en su interior. La entrega es continua.

Llegada temprana, entierro profundo

El momento resultó ser muy importante. Con una entrega temprana, cada porción de metal que llueve después sigue depurando el magma. En el escenario de guijarros, cerca del 70 % del hidrógeno y el 69 % del carbono acaban en el núcleo. Con una entrega continua, el núcleo se queda como mucho con cerca de la mitad, y el manto y la atmósfera conservan aproximadamente el doble. Estas proporciones proceden del conjunto de mediciones de laboratorio que los autores toman como referencia; como veremos, otro conjunto da cifras muy distintas.

Dónde acaban el hidrógeno, el carbono y el nitrógeno mientras una proto-Tierra construida con guijarros crece de 0,02 a 0,64 masas terrestres: núcleo (rojo oscuro), océano de magma (naranja), atmósfera (azul). — Figura 4 (fila superior), Sparrman y Johansen (2026), arXiv:2610.27788.

La solubilidad —cuánto gas puede disolver el magma a una presión dada— decide quién escapa: solo lo que está disuelto en el magma puede ser captado por las gotas de metal que caen a través de él. El agua se disuelve fácilmente, así que el hidrógeno queda expuesto a la lluvia de hierro y se hunde con eficacia. El monóxido de carbono se disuelve mucho peor, de modo que en cada instante la mayor parte del carbono permanece arriba, en el aire; pero todo el metal que llega después vacía sin cesar la parte disuelta, que la atmósfera reemplaza de inmediato, y al final el 69 % del carbono ha bajado igualmente. El nitrógeno es el contraejemplo: tiene más afinidad por el metal que el hidrógeno y, sin embargo, solo el 4 % llega al núcleo —se disuelve tan mal que casi nunca está donde pasa la lluvia de hierro—, y el 93 % se queda en la atmósfera. La insolubilidad protege.

Un cielo pesado de monóxido de carbono

Lo que queda al final del escenario de guijarros es una espesa atmósfera primitiva de unos 760 bares —el aire que respiramos pesa 1 bar al nivel del mar, y el aire de Venus, 92 bares—. Está dominada por el carbono, sobre todo en forma de monóxido de carbono (unos 710 bares), con unos 39 bares de hidrógeno y 1,7 bares de nitrógeno. El carbono que escapó del núcleo y que acaba en esa atmósfera equivale a unas 15 veces el dióxido de carbono de la atmósfera actual de Venus; el nitrógeno, a aproximadamente tanto como el nitrógeno de Venus. El escenario de planetesimales da un cielo aún más pesado, de unos 1.350 bares, con una composición similar.

La atmósfera de la proto-Tierra construida con guijarros mientras crece: una vez que la entrega se detiene, la lluvia de hierro sigue drenando hidrógeno y carbono, y domina el monóxido de carbono (trazos rojos). — Figura 7 (arriba), Sparrman y Johansen (2026), arXiv:2610.27788.

Una vez terminada la acreción, los autores esperan que el manto se oxide y que la atmósfera evolucione hacia el agua y el dióxido de carbono, con la condensación de océanos. Extrapolado a la masa de Venus, el modelo da un punto de partida similar, unos 500 bares de monóxido de carbono; los autores sugieren que la tectónica de placas de la Tierra, al enterrar carbono, más que un nacimiento distinto, podría explicar por qué los dos planetas divergieron.

¿De qué manera creció la Tierra?

En principio, las cantidades sobrantes podrían revelar cómo se formó la Tierra. El modelo de guijarros con los datos de referencia es el único que coincide con las estimaciones publicadas para los tres elementos en el manto actual. Pero esas estimaciones discrepan entre sí casi tanto como los modelos, y las mediciones de laboratorio sobre cómo se reparten estos elementos entre el metal y la roca difieren en varios órdenes de magnitud: con otro conjunto de datos, todo el hidrógeno acaba en el núcleo. La solubilidad del monóxido de carbono en el magma es el dato de entrada individual más influyente y peor conocido. Mejores experimentos, concluyen los autores, podrían convertir la composición del interior de la Tierra en un registro de cómo se construyó el planeta.