Adam Sarafian llegó al Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) como estudiante de posgrado para aprender cómo obtuvo la Tierra su océano en primer lugar.

«La gran pregunta es, ¿cómo y cuándo obtuvo el planeta su agua?», dijo Horst Marschall, uno de los asesores de doctorado de Sarafian en el WHOI. «Todos los pueblos tienen mitos sobre el origen del agua. En el Génesis, en el Antiguo Testamento, en los mitos nórdicos, y también en los mitos griegos; es una pregunta antigua».

De hecho, es una de las preguntas más antiguas del sistema solar, y hay dos respuestas posibles, dijo Sarafian: «O bien la Tierra estaba formada y seca, sentada ahí, esperando el agua, y el agua vino de cometas u otros cuerpos húmedos que golpearon la Tierra relativamente tarde en la historia. O bien, el agua provino del interior de la Tierra, es decir, la Tierra obtuvo su agua cuando aún se estaba formando y luego los volcanes expulsaron vapor y otros compuestos que contenían agua a la superficie».

Históricamente, las respuestas al misterio no estaban en el agua líquida sino en las rocas sólidas. Sarafian y sus colegas siguieron un minucioso camino para extraer pruebas de raras muestras de antiguos meteoritos que habían caído en la Tierra.

Pero Sarafian no era ajeno a la persistencia. Superó un problema de aprendizaje que le dificulta la lectura y superó las alturas como saltador de pértiga estadounidense, todo ello antes de iniciar una carrera científica que ahora le ha permitido lanzarse a través del universo y retroceder en el tiempo hasta el periodo en que la Tierra aún se estaba formando.

Alturas y obstáculos

En el tercer grado, a Sarafian le diagnosticaron un problema de aprendizaje. «Realmente no podía leer un párrafo y saber lo que decía el párrafo -cualquier párrafo-«, dijo. «En lugar de cursar asignaturas optativas, tomé clases de educación especial. Ha sido una lucha a lo largo de la escuela -simplemente tratando de conseguir ser capaz de leer.»

Pero llegó a ser bastante bueno en atletismo. «Mi madre tiene una escuela de gimnasia en Eatontown, Nueva Jersey», dijo. «Crecí en el gimnasio. Pasaba el rato allí y jugaba cuando mi madre trabajaba».

El entrenador de atletismo de su instituto le convenció para que probara el salto con pértiga, y en una broma, lo hizo.

«En mi tercer año, me propuse ganar el campeonato estatal», dijo. «Así que entrené sin parar»

«Adam era meticuloso en su preparación y en la atención a los detalles», dijo su entrenador, Mark DeSomma. «Conocía todas las normas y reglamentos. En el campeonato de nuestra conferencia, informó al director de la competición de que el foso de salto con pértiga no era reglamentario. El director del encuentro le dijo: ‘Hijo, puedes elegir saltar o no saltar, pero ese es nuestro foso y no va a ir a ninguna parte’. «

Sarafian procedió a batir el récord estatal de 16 pies y 6 pulgadas, que se había mantenido durante 25 años. A continuación, saltó 17 pies y 4½ pulgadas en el campeonato de la conferencia, superando el récord por unos sorprendentes 10½ pulgadas.

Eso le valió una beca de salto con pértiga en la Universidad de Georgia, donde se convirtió en un All-American de la NCAA. En su último año, sin embargo, las lesiones se multiplicaron.

«Me rompí la mano, cuando rompí una pértiga. Y me dije: ‘Es mi último año, más vale que siga adelante. Me vendaré la mano y todo saldrá bien’. Luego, a finales de la temporada, me empezaron a doler mucho los pies». Sarafian completó los dos últimos meses de su carrera de atletismo en la NCAA con fracturas en ambos pies.

Trabajo de pista

En la reunión del campeonato regional, Sarafian apenas podía caminar. «Después de cada salto no podía ni salir de la colchoneta. Me iba arrastrando. Pensé: ‘Bueno, no llegaré a los nacionales, pero ha sido un buen viaje’. «

Se sintió algo aliviado por otra razón. En la universidad había empezado a desarrollar otra pasión: la geología. Graduarse en geología requería dos meses de trabajo de campo, que empezaban más o menos al mismo tiempo que el encuentro del campeonato nacional. «Entonces se acerca el funcionario y dice: ‘¡Has llegado a los nacionales! «

En las preliminares de los nacionales, tenía los pies tan hinchados que llevaba una talla más de zapato.

Le dolían tanto los pies que sólo soportaba hacer carreras cortas hasta la barra. «Me dije: ‘Muy bien, último salto, ¡ya está!’. Lo hice y me dije: «Al menos he llegado a las preliminares de los nacionales». Entonces, el funcionario se acercó y dijo: ‘Has llegado a la final’, y yo dije: ‘¡Nooooo! Tengo que ir a hacer el trabajo de campo’. «

Sin embargo, en el último momento fue eliminado del concurso. «Fue agridulce ser eliminado, pero sabía que no estaba para nada en mi mejor momento, y mi cuerpo se estaba rompiendo. Vi la final y animé a todos mis amigos. Dos días después, estaba en Alaska con las botas de montaña, escalando montañas, haciendo trabajo de campo de geología».

«La prueba de salto con pértiga», dijo DeSomma, «es repetitiva, medida, con muchos días frustrantes, intentos fallidos por poco, y fracaso tras fracaso, hasta esos increíbles momentos de éxito». La personalidad de Adam era una búsqueda incesante de la excelencia»

Sarafian canalizó esa energía en su carrera científica posterior al salto.

En los comienzos

La pregunta sobre el origen del agua de la Tierra surgió por primera vez en las clases de licenciatura de Sarafian y continuó mientras cursaba un máster en Georgia. «La respuesta era siempre ‘¡no lo sabemos! «

En los inicios de nuestro sistema solar, hace unos 4.600 millones de años, la Tierra y otros protoplanetas aún estaban tomando forma, explicó Sarafian. A una cierta distancia del sol, hacía demasiado calor para que el agua se mantuviera estable, y cualquier vapor habría sido expulsado por los vientos solares. Más allá de una distancia suficiente del sol, llamada «línea de nieve», el agua podía existir en forma de hielo. Alrededor del borde interior de la línea de nieve había un cinturón de asteroides que incluía uno grande llamado Vesta. «Es casi como un planeta que no se formó del todo», dijo.

Hace unos 15 años, «los científicos empezaron a pensar que tal vez el agua de la Tierra provenía de las condritas carbonáceas», dijo Sarafian. Estos son un tipo de meteorito que contiene mucha agua. La hipótesis era que la órbita del vasto protoJúpiter comenzó a migrar más cerca del sol. «Júpiter dijo: ‘Quítate de mi camino’ y todas estas condritas carbonosas ricas en agua fuera de la línea de nieve fueron lanzadas hacia el sol, y todos los planetas interiores, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Se estrellaron contra Vesta o incluso contra la Tierra y se incorporaron a las rocas de los planetas interiores en los primeros 20 millones de años de formación del sistema solar»

Así que los científicos empezaron a comparar el agua de la Tierra con la de las condritas carbonáceas. La clave es el hidrógeno, el elemento más abundante en el universo. El hidrógeno tiene dos isótopos: el hidrógeno normal, con una masa de uno, y el deuterio o «hidrógeno pesado», con una masa de dos. La proporción de estos isótopos difiere en las distintas partes del sistema solar. El Sol está formado principalmente por hidrógeno normal. Pero los cometas, formados principalmente por roca y hielo, se formaron mucho más lejos del sol y son más ricos en deuterio. El hidrógeno del agua de la Tierra se encuentra en un punto intermedio entre el sol y los cometas.

Las mediciones de los isótopos del hidrógeno en las condritas carbonáceas coincidían muy bien con el agua de la Tierra. Eso dio credibilidad a la idea de que el agua de la Tierra procedía de las condritas. ¿Pero cuándo ocurrió esto? El problema era que las condritas podían haber aportado agua en una fase temprana, chocando contra el planeta en crecimiento, o en una fase tardía, precipitándose sobre la Tierra después de su formación. Para saberlo, los científicos necesitaban encontrar agua en rocas que se hubieran formado muy pronto, en la misma región y época que la Tierra.

Una fuente prometedora era un tipo de roca llamada eucrita. Se trata de trozos del asteroide Vesta que cayeron a la Tierra en forma de meteoritos.

«Vesta se congeló por completo y se encerró unos 14 millones de años después del inicio del sistema solar, por lo que obtuvo toda su agua antes», dijo Sarafian. «En ese momento, la Tierra tenía entre un cuarto y la mitad de su tamaño y seguía creciendo».

Para llevar a cabo su búsqueda, Sarafian necesitaba saltar dos obstáculos: Necesitaba conseguir muestras raras de eucritas, y tenía que encontrar una forma de medir el agua que contenían.

Un apetito por las apatitas

Para conseguir eucritas, Sarafian hizo una petición a las instituciones que recogen muestras de meteoritos, como la NASA, el Instituto Smithsoniano y el Museo Americano de Historia Natural.

«No es tan fácil», dijo Marschall. «Tienes que convencerles de que lo que quieres hacer merece la pena. Él los convenció, como estudiante, sin siquiera el respaldo de una institución. Aprecio mucho el empuje y la motivación de Adam».

Luego vino la medición. A diferencia de las condritas, que son rocas sedimentarias ricas en agua, Vesta y las eucritas están hechas de basalto, muy parecido a la roca que compone el fondo marino.

Sarafian se enteró de que el geólogo del WHOI Nobu Shimizu había desarrollado una técnica para medir el agua atrapada en las bolsas de vidrio de las rocas basálticas del fondo marino, utilizando la instalación de microsonda iónica nacional del noreste en el WHOI. Sarafian quería medir el agua en otro mineral común tanto en las rocas del fondo marino como en los meteoritos: la apatita. Así que preguntó a Shimizu y al geólogo de la WHOI Henry Dick si podía pasar el verano en la WHOI como estudiante invitado y trabajar con ellos «para tomar la técnica que ya tenían y darle forma para medir el agua en las apatitas»

«Mucha gente en el campo planetario probablemente habría dicho: ‘No deberías medir eso; las apatitas no tienen agua'», dijo Sarafian. Pero para su investigación de maestría en Georgia, informó por primera vez de la presencia de agua en las eucritas.

Esa hazaña le llevó inexorablemente a la siguiente pregunta: ¿Cuál es el origen del agua? Lo que le llevó a otro listón muy alto que superar: medir los isótopos de hidrógeno en concentraciones extremadamente bajas de agua.

Agua, agua por todas partes

Tras su máster, Sarafian se dirigió naturalmente de nuevo a la WHOI. Allí conoció a Marschall y a otra geóloga del WHOI, Sune Nielsen. Le aceptaron como estudiante invitado, durante otro verano y luego un año, para que siguiera investigando mientras solicitaba entrar en el Programa Conjunto MIT-WHOI. Los dos son ahora los coasesores de Sarafian en su investigación de doctorado.

«También tenemos un técnico de laboratorio impresionante en la instalación de microsonda iónica llamado Brian Monteleone», dijo Sarafian, «y empezamos a idear cómo íbamos a hacer las mediciones. Brian siempre dice que sus proyectos favoritos son aquellos en los que llevamos nuestra máquina a sus límites». En primer lugar, «estamos midiendo una cantidad ínfima de agua del meteorito, y tenemos que asegurarnos de que no estamos midiendo nada más. Estamos pensando constantemente que no queremos estar midiendo nada de agua terrestre. Y hay agua en todas partes en la Tierra. Tenemos que descontaminar la máquina lo mejor que podamos».

Ponen las muestras bajo un potente vacío durante una o dos semanas para aspirar el agua. A continuación, las muestras pasan a la microsonda de iones en condiciones de ultravacío que aspiran prácticamente todo el aire y el agua. Prácticamente todo. Los investigadores todavía tienen que realizar mediciones meticulosas de las concentraciones extremadamente bajas de cualquier hidrógeno residual, calculando un estándar de hidrógeno de referencia en la máquina y luego restándolo de sus cálculos finales.

La buena noticia es que la estructura mineral de la apatita impide la difusión del agua terrestre. Así que cualquier agua encerrada en su interior es meteórica. Pero las superficies de las rocas aún pueden tener grietas infinitesimales que pueden atrapar cantidades infinitesimales de agua terrestre.

«Pulimos las muestras perfectamente planas con el mínimo de grietas posible, y eso requiere mucho pulido», dijo.

Listo, apunta, dispara. Repetir.

La microsonda de iones enfoca un haz de iones en una zona muy pequeña de una muestra, de unas 10 micras de ancho por 10 de largo y 1 de profundidad.

El haz escupe iones de la muestra, que son impulsados a través de un espectrómetro de masas. Este detecta y distingue los iones en función de su masa y carga -en este caso, la proporción entre los iones de hidrógeno normales y los pesados-.

«También analizamos específicamente las grietas, para saber cuánta agua puede haber en ellas y cuál es su proporción isotópica», dijo. «Así que se trata de enfocar, alinear y volver a ejecutar nuestros estándares, y si el haz se desvía un poco, es un problema. Estamos ejecutando muchos estándares y ejecutando muchas grietas. Y cada grieta que ejecutamos lleva una hora. Cada estándar que ejecutamos es una hora, y de vez en cuando obtenemos un punto de datos. Es minucioso, y tenemos que desechar bastantes análisis porque creemos que no son lo suficientemente rigurosos»

Al final, la proporción de isótopos de hidrógeno en las eucritas era igual a la de la Tierra. «Esto significa que el agua en el sistema solar muy primitivo, cuando se formaron las eucritas, era igual que el agua de la Tierra en la actualidad»

El estudio, publicado en octubre de 2014 en la prestigiosa
revista Science, «muestra que el agua de la Tierra muy probablemente
se creó al mismo tiempo que la roca que formaba el planeta», dijo Marschall. «El planeta se formó como un planeta húmedo con agua en la superficie»

«La respuesta es que nuestros océanos siempre estuvieron aquí»

Lectura y escritura

Sarafian fue el autor principal del artículo de Science, con los coautores Nielsen, Marschall, Monteleone y Francis McCubbin, del Instituto de Meteorología de la Universidad de Nuevo México. Eso le hizo recordar sus días de universidad, cuando leer un artículo científico seguía siendo un suplicio.

«Una vez que empecé a centrarme en la geología, me dije: ‘Realmente necesito saber leer’. Había que releer mucho los artículos, subrayar, anotar al margen; horas y horas y horas de eso. Al principio sólo miraba las figuras y los pies de foto. Me encerré en mi habitación o en mi oficina y me quedé despierto durante muchas horas releyendo documentos. Tenía un saco de dormir y un horno tostador en la oficina, y estaba allí bastante tiempo. Lo veía como una forma de ponerme al día con los demás, porque me sentía muy atrasado.

«Me costó mucho tiempo y mucha ayuda para poder leer un artículo científico y sacar algo en claro. Con el tiempo, pude leer artículos científicos de forma rápida y completa para sacar toda la información. Pero todavía no puedo leer nada de ficción. Supongo que no estoy dispuesto a dedicar tanto tiempo a la ficción».

Viajando más atrás en el tiempo

El camino de la investigación de Sarafian continúa a buen ritmo. Comenzó a analizar muestras de meteoritos que son 10 millones de años más antiguos que las eucritas. Estos trozos de meteoritos que han caído ocasionalmente en la Tierra se llaman angritas, y se formaron unos cuatro millones de años después del inicio del sistema solar.

«Si las angritas tienen los mismos isótopos de hidrógeno que Vesta y la Tierra, significa que el agua se fue acrecentando en estos cuerpos planetarios durante todo el tiempo que se estaban formando, casi desde el tiempo cero», dijo. También está investigando si otros elementos esenciales para el inicio de la vida, como el carbono y el nitrógeno, también pueden haber llegado junto con el hidrógeno a las condritas carbonáceas y haber sido entregados tempranamente a la Tierra.

Sarafian pasa ahora gran parte de su tiempo en el Centro Espacial Johnson de la NASA y en el Instituto Carnegie de Washington, donde utiliza una instalación de sonda iónica especializada en la medición de cantidades extremadamente bajas de hidrógeno y carbono.

Mientras tanto, en algún lugar ahí fuera, Vesta sigue orbitando los confines de nuestro sistema solar, y un estudiante universitario está buscando la palabra «eucrita».

Esta investigación cuenta con el apoyo de un Premio Mellon de la OMS para la Investigación Innovadora, el Fondo de Riesgo Oceánico de la OMSI y una beca de posgrado de la NASA.