The surface of planet Earth has changed frequently due to the displacement of tectonic plates. These plates are located in the lithosphere—the approximately 100 km deep, rocky outer layer of the Earth, formed by the crust and the upper mantle—on which they move as rigid blocks. Thus, the continents have separated and changed places on the planet while the tectonic plates have collided with each other and given rise to the formation of mountain ranges (1). The geography of Earth’s surface has changed continuously and still does. But many more things changed, beyond geography. There have been many different worlds on this planet—for example, with completely frozen surfaces, such as snowballs, or with a total absence of ice due to high concentrations of carbon dioxide. There were also oceans rich in hydrogen sulfide (H2S), and atmospheres have ranged from a complete absence of oxygen to oxygen concentrations higher than the present, which gave rise to plants and animals of giant size compared to their current descendants (2).
All of Earth's carbon (isotopes C12 and C13) came from space, with one exception. Isotope C14 is generated in our atmosphere. Cosmic rays, made up mostly of protons (the atomic nucleus of hydrogen) or other atomic nuclei at high speed, can collide with atoms in the atmosphere, releasing neutrons, another particle of the nucleus. When a neutron collides with nitrogen (N14), this atom loses a proton and gains a neutron, giving rise to C14 (3). The presence of C14 is used as a very powerful tool to identify the extraterrestrial origin of some molecules that arrived to our planet in meteorites and comets.
Versión en español:
La superficie del planeta Tierra ha cambiado con frecuencia debido al desplazamiento de las placas tectónicas. Estas placas se encuentran en la litosfera, la capa exterior rocosa de aproximadamente 100 km de profundidad de la Tierra, formada por la corteza y el manto superior, sobre la que se mueven como bloques rígidos. Así, los continentes se han separado y cambiado de lugar en el planeta mientras que las placas tectónicas han chocado entre sí y han dado lugar a la formación de cadenas montañosas (1). La geografía de la superficie de la Tierra ha cambiado continuamente y todavía lo hace. Pero muchas más cosas cambiaron, más allá de la geografía. Ha habido muchos mundos diferentes en este planeta, por ejemplo, con superficies completamente congeladas, como bolas de nieve, o con una ausencia total de hielo debido a las altas concentraciones de dióxido de carbono. También hubo océanos ricos en sulfuro de hidrógeno (H2S), y las atmósferas han variado desde una ausencia completa de oxígeno hasta concentraciones de oxígeno más altas que las actuales, lo que dio lugar a plantas y animales de tamaño gigante en comparación con sus descendientes actuales (2).
Todo el carbono de la Tierra (isótopos C12 y C13) provino del espacio, con una excepción. El isótopo C14 se genera en nuestra atmósfera. Los rayos cósmicos, formados principalmente por protones (el núcleo atómico del hidrógeno) u otros núcleos atómicos a alta velocidad, pueden colisionar con átomos en la atmósfera, liberando neutrones, otra partícula del núcleo. Cuando un neutrón choca con nitrógeno (N14), este átomo pierde un protón y gana un neutrón, dando lugar a C14 (3). La presencia de C14 se utiliza como una herramienta muy poderosa para identificar el origen extraterrestre de algunas moléculas que llegaron a nuestro planeta en meteoritos y cometas.
Picture: NASA’s Earth Observatory, NASA.
References / Referencias:
1. David Christian. Origin Story: A big history of everything. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2018.
2. Peter Ward and Joseph Kirschvink. A new history of life: The radical new discoveries about the origins and evolution of life on earth. Bloomsbury Publishing, London, 2015.
3. Robert M. Hazen. Symphony in C. Carbon and the evolution of almost everything. W. W. Norton & Company, New York, 2019.
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