Biosferas del canto del cisne: la vida alrededor de las estrellas moribundas

La vida en la Tierra apareció muy pronto, quizás tan sólo unos 500 millones de años tras su formación. O lo que es lo mismo, hace 3850 millones de años. No obstante, durante la mayor parte de la historia de la Tierra los únicos seres vivos eran organismos unicelulares. Las primeras formas de vida pluricelulares de las que tenemos constancia no aparecieron hasta hace 1200 millones de años (como las algas rojas del tipo Bangiomorpha), mientras que la mayor parte de animales no surgieron hasta la Explosión del Cámbrico hace 530 millones de años.

Así terminará la Tierra (space.com).

Por otro lado, el número de planetas similares a la Tierra situados en la zona habitable de sus estrellas -es decir, exotierras– se cree que debe ser muy elevado. Las últimas estimaciones apuntan que hasta un 1,4% – 2,7% de las estrellas de tipo solar (tipo espectral G) pueden poseer exotierras. El número se dispara en las estrellas enanas rojas (tipo espectral M), las más abundantes de la Galaxia. Nada más y nada menos que un 42% de estas pequeñinas podrían tener exotierras girando a su alrededor.

Podemos suponer que las fases de la aparición de la vida en la Tierra serán similares en cualquier exotierra. Por eso resulta interesante mirar hacia el futuro y averiguar qué puede pasar con la vida al final de la vida de una estrella. En general, las exotierras dejarán de ser habitables cuando su estrella se convierta en gigante roja, aunque las enanas rojas no pasarán por esta fase. En esta discusión no tenemos en cuenta a las estrellas más masivas que explotan como supernovas, ya que tienen una vida demasiado corta como para que pueda surgir vida -al menos la vida pluricelular-. En cualquier caso, la pregunta es: ¿cuándo deja un planeta de ser habitable?

La temperatura media de una exotierra aumentará incluso antes de que su estrella pase a la fase de gigante roja, las condiciones de habitabilidad se harán cada vez más duras. Como resultado, lo más probable es que las formas de vida pluricelulares se extingan y la biosfera vuelva a estar dominada por organismos unicelulares. Esta etapa de ‘canto del cisne’ de la biosfera se prolongará hasta que la temperatura se vuelva insoportable incluso para los microbios más resistentes, lo que puede ocurrir antes o después de que la estrella abandone la secuencia principal, dependiendo del caso.

En las estrellas de tipo solar (F, G y K), las biosferas con formas de vida pluricelulares tienen una duración limitada (O’Malley-James et al.).

En el caso de la Tierra, es probable que dentro de tan ‘sólo’ 800 millones de años nuestro planeta sea inhabitable para las formas de vida complejas por culpa de la evaporación de los océanos, pero el cálculo de esta cifra resulta muy complicado por culpa del efecto albedo de la capa nubosa de la Tierra. Efectivamente, al ir aumentando la temperatura se evaporará más agua de los océanos y aumentará la cobertura nubosa, que a su vez reflejará una mayor cantidad de luz solar. Las  temperaturas más altas implican que se acelerará el desgaste de las rocas de silicatos, retirando mayores cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera. Actualmente, el carbono se recicla en la Tierra mediante el Ciclo del Carbono, generado por la tectónica de placas. Pero en el futuro, al existir menos agua en los océanos, la tectónica de placas se hará imposible por culpa de la elevada fricción entre las placas. El parón en la tectónica tendrá lugar dentro de dos mil millones de años y provocará la disminución de la actividad volcánica y la reducción en la aportación de dióxido de carbono. Las exotierras con un mayor porcentaje de superficie cubierta por océanos podrían mantener la tectónica de placas durante algo más de tiempo.

Así pues, los niveles de dióxido de carbono descenderán tanto que con el tiempo las plantas fotosintéticas desaparecerán (se cree que la concentración atmosférica mínima de dióxido de carbono para la existencia de las plantas es de 10 ppm). Por supuesto, esto significa que también disminuirán los niveles de oxígeno, por lo que los animales desaparecerán pocos millones de años después de la extinción de las plantas terrestres. Aunque no morirán todos al mismo tiempo. Primero desaparecerán los mamíferos, luego las aves y después los reptiles y los anfibios. Los invertebrados -especialmente los insectos- serán los últimos animales que pisen -o se arrastren- por los continentes. Los peces y otros organismos acuáticos se extinguirán poco después, cerrando así el círculo de la vida. Las comunidades de animales marinos situadas en las fumarolas oceánicas resistirán un poco más, pero no mucho.

La fotosíntesis microbiana durará cien millones de años más, hasta que los niveles de dióxido de carbono alcancen 1 ppm. Sin fotosíntesis, el oxígeno de la atmósfera terrestre desaparecerá en unos tres o seis millones de años. Sin embargo, la rápida evaporación de los océanos en la fase final de la biosfera provocará paradójicamente un breve aumento de la concentración de oxígeno en la atmósfera por la fotodisociación del agua. Pero para entonces las formas de vida terrestres serán todas microbios anaeróbicos, así que es probable que este oxígeno extra cause la extinción de muchos organismos unicelulares, algo parecido a lo que ocurrió hace 2400 millones de años durante la Gran Oxidación.

Las etapas finales de la vida en la Tierra (O’Malley-James et al.).

En cualquier caso, el resultado es ineludible. Los océanos continuarán evaporándose y dentro de dos mil millones de años se paralizará la tectónica de placas y la temperatura media de la Tierra se disparará hasta los 147º C. Para entonces, la práctica totalidad de formas de vida se extinguirán sin remedio. Es muy posible que los últimos microbios en desaparecer sean termohalófilos capaces de soportar altas temperaturas y elevadas concentraciones de sal. Dentro de 2800 millones de años tendrá lugar un efecto invernadero descontrolado y la temperatura se disparará a medida que desaparecen los últimos depósitos superficiales de agua líquida y la atmósfera se pierdе en el espacio.

Incremento de la temperatura en la Tierra (O’Malley-James et al.).

Para estrellas de tipo solar -metiendo en este grupo también a las estrellas F (más grandes y menos longevas que el Sol) y las de tipo K (más pequeñas)- , el tiempo medio de habitabilidad de una exotierra estaría comprendido entre los 5500 y 7300 millones de años. Para las estrellas similares al Sol (tipo G), el tiempo medio sería de unos 6500 millones de años. Tanto en las estrellas tipo F como tipo G, la biosfera de una exotierra pasaría la mayor parte de su vida compuesta solamente por organismos unicelulares. Por contra, una exotierra alrededor de una estrella de tipo K podría disfrutar de una biosfera con una vida de 12000 millones de años dominada por eucariotas durante la mayor parte de su historia.

Frecuencia de estrellas de tipo solar en nuestro vecindario galáctico en función de su edad. Las biosferas ‘canto del cisme’ podrían ser muy comunes (O’Malley-James et al.).

Hastaahora nos hemos limitado a hablar de exotierras, pero evidentemente podrían existir otros mundos rocosos habitables, como por ejemplo las supertierras (planetas de 1 a 10 masas terrestres). Una supertierra habitable podría sostener la tectónica de placas durante más tiempo, lo que a su vez permitiría mantener el ciclo del carbono y la fotosíntesis. Las biosferas fotosintéticas en supertierras situadas alrededor de estrellas con una masa superior a 1,5 veces la del Sol estarían limitadas por la vida de la estrella, pero aquellas que giren alrededor estrellas por debajo de 0,9 masas solares podrán mantener formas de vida fotosintéticas mientras la estrella no abandone la secuencia principal. Además, como hemos visto, cuanto mayor sea el porcentaje de la superficie cubierta por océanos, más tiempo durará la biosfera, así que las supertierras del tipo ‘mundo océano’ o waterworld bien podrían ser los planetas con las biosferas más longevas. En definitiva, las supertierras en estrellas de tipo K serían los verdaderos oasis de vida compleja de la Galaxia.

Tiempo de vida de una biosfera fotosintética en una supertierra dependiendo de la masa del planeta y la masa estelar (M. Cuntz et al.).

El día que descubramos una exotierra lo más probable es que su biosfera esté compuesta por formas de vida unicelulares. Esto es algo muy a tener en cuenta porque una biosfera microbiana podría no tener ningún impacto apreciable en la composición atmosférica, siendo prácticamente imposible de detectar.

Las biosferas ‘canto del cisne’ dominadas por microbios son interesantes porque su estudio nos permite saber qué pasará con la vida en la Tierra y además debemos tener en cuenta que la primera exotierra que detectemos podría poseer una biosfera de este tipo. Sea como sea, está claro que en el futuro estas biosferas serán las más comunes en todo el Universo.

Esta entrada es la contribución de Eureka a los siguientes carnavales de la blogosfera:

Referencias:

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30 Comentarios

  1. «El día que descubramos una exotierra lo más probable es que su biosfera esté compuesta por formas de vida unicelulares». No quiero ser aguafiestas pero eso es como optimismo desmedido. No se puede dar por hecho un fenómeno físico simplemente por la suposición. Recordemos que en nuestro Sistema Solar no hay indicios vida hasta donde se ha podido investigar. El único lugar donde lo hay es en nuestro planeta donde hay una inexplicable y exagerada abundancia de formas diversas de vida, géneros, especies en forma de animal y vegetal. Así de inexplicable es la explosión Cámbrica. No se sabe por qué en ese período aparecieron diferentes formas de vida que comenzaron a darle forma a la Biósfera terrestre. Por lo tanto, no se puede especular las condiciones exoterrestres si no hay explicación de por qué en nuestro vecindario estelar sólo nuestro planeta tiene vida y ninguno de los demás astros en más de 4 mil millones de años de existencia. Saludos!

  2. Así pues, los niveles de dióxido de carbono descenderán tanto que con el tiempo las plantas fotosintéticas desaparecerán (se cree que la concentración atmosférica mínima de dióxido de carbono para la existencia de las plantas es de 10 ppm). Por supuesto, esto significa que también disminuirán los niveles de oxígeno, por lo que los animales desaparecerán pocos millones de años después de la extinción de las plantas.

    Me da a mi que el dia que desaparezcan las plantas a los animales nos queda un telediario y no «pocos millones de años»

    Yo tenía entendido que la fase de gigante roja de nuestro sol va a comenzar bastante más tarde que de aquí a 800 millones de años. Ha habido algun cambio en las predicciones?

    1. Se refiere más bien al lento y paulatino aumento del brillo, que debería ser finalmente letal para La Tierra mucho antes del final de la fase estable del Sol y la entrada en la fase de Gigante Roja.

      Eso si todo ocurre de forma natural y no tenemos en cuenta un hipotético factor artificial que podría cambiar eso si es que dentro de tanto tiempo aun estamos aquí.

    2. Pues vaya fase estable mas poco estable. Aun y todo en 800 millones de años o nos autodestruimos o tenemos tiempo para avanzar lo suficiente para largarnos a tiempo llevandonos la vida de la Tierra a otro lugar.

    3. Exactamente. Sí te fijas en la gráfica de temperatura con respecto al tiempo verás como aumenta súbitamente dentro de 1000 millones de años. Que esté en la secuencia principal no significa que su brillo sea constante.

      Saludos.

    4. Bueno, si dentro de tanto tiempo aún estamos aquí y no somos capaces ni de desplazar un poco la órbita terrestre hacia el exterior para compensar dicho aumento entonces es que somos unos inútiles xd

  3. Hay otra alternativa, que las civilizaciones surgidas en esos sistemas realicen ingeneria estelar sobre sus soles para alargar la fase principal x10.

    etxazpi.

    El cambio no es repentino, antes de terminar la secuencia principal las temperaturas aumentan.

    Gaizka

  4. Mas que tecnologia estelar sera planetaria, esta marte y titan que tambien pueden ser habitables.

    De todas formas para ese tiempo o nos hemos extinguido o hemos colonizado algunas estrellas cercanas y tal vez encontrado algun paraiso en alguna enana roja donde poder vivir mucho mas tiempo

    1. Eso es absurdo, Marte y Titan solo tienen una fraccion de la superficie de la Tierra, por tener no tienen la gravedad adecuada.

      Aun asi te encontrarias el mismo problema poco despues.

      Desplazar miles de millones a otro sistema solar es inviable.

      Una vez poblado el sistema solar con cientos de miles de millones de personas, lo mas rentable es alargar la vida de la estrella mediante ingenieria estelar.

      Y ya que vas a tener que extraer masa del sol para ello, te construyes unas 5 enanas rojas dentro del sistema solar. Y si te da la gana un par de planetas mas.

      Gaizka

      1. anda, te parece inviable evacuar a millones a otra estrella pero no te parece inviable sacarle masa al sol y crear nuevas estrellas, jajaajjaa

  5. Muy buena entrada, daniel podrias decirme de las futuras misiones espaciales (proximas en el tiempo) cual ves con mas posibilidades de descubrir la primera exotierra (si pudieras poner la fecha de lanzamiento mejor). Muchas gracias de antemano.

  6. TITAN:Excelente entrada daniel aunque en algunos puntos no estoy de acuerdo.No sabemos como se adaptara la vida al aumento del brilo del sol (1% cada 100 milones de años)ni al descenso de los niveles del co2 etc..No cabe la menor duda que terminara extinguiendose pero intentar poner fechas es un gesto inutil.Hay demasiados factores para hacer una estimacion precisa.

  7. Daniel, sin ánimo de molestar, algunas cosillas que he visto:

    La temperatura media de una exotierra aumentará incluso antes de que su estrella pasa a la fase de gigante roja,…

    La fotosíntesis microbiana durará durante cien millones de años más…

    y la temperatura de disparará a medida que desaparecen los últimos depósitos superficiales de agua líquida…

    Me ha encantado esta entrada, sigues un ritmo de publicación de vértigo.
    He estado mirando vídeos del WikiSat y no parece que tengan mucha financiación. De hecho, parece que lo han tenido que pagar todo de su bolsillo. ¿El equipo que va a recoger el globo a Francia es el mismo que el del lanzamiento en Canarias?

    Suerte con Bitácoras 😀

  8. Hola Daniel
    Muy interesante entrada. Según lo que dices en ella, en caso de descubrirse algun rastro de vida microbiana en Marte, ¿ésta podría considerarse una biosfera en los últimos estadios de «canto de cisne»?

  9. Enhorabuena, Daniel. Nuevamente una gran entrada.
    ¿Pueden el viento solar, la pérdida de masa del sol o las conjunciones planetarias provocar un alejamiento futuro de la órbita terrestre?. ¿Se tiene en cuenta esa posibilidad para las predicciones?.

    Un saludo.

  10. Pues yo veo muchas cosas cuestionables.

    Dando por bueno que solo puede existir un tiponde vida, exactamente igual a la que tenemos aqui, con unos mecanismos bioquímicos idénticos y con una composición igual…

    Estamos asumiendo que toda la vida va a estar sustentada por procesos análogos a los de nuestra tierra como la tectónica de placas que, de entrada, solo conocemos, como la vida, en nuestro planeta… Me paece hilar demasiado fino

  11. Enhorabuena Daniel. Excelente artículo. Un detallito, yo hubiera indicado en la intrudiccion que haces sobre cuándo aparece la via en la tierra, como dato curioso, sin mucha importancia respecto al resto del texto, que las plantas aparecieron después que los animales (posteriormente a la explosió del cámbrico), dato que muchas personas no conocen y que sorprende a muchos.

    Pero vamos que en cualquier caso, de lo mejor que he leido últimamente.

    Gracias por informarnos tan bien.

  12. «Así pues, los niveles de dióxido de carbono descenderán tanto que con el tiempo las plantas fotosintéticas desaparecerán« y digo yo, que tal si cuando llegue ese momento los humanos reactivamos las tecnologías en base al petróleo y combustibles fosiles y echamos ingentes cantidades de dióxido de carbono a la atmosfera? sin duda podríamos alargar el tiempo de vida de la tierra muchos años mas

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 3 noviembre, 2012
Categoría(s): ✓ Astronomía • Exoplanetas • sondasesp