Uno de los misterios aún sin resolver sobre la historia de la Tierra es cómo el planeta se oxigenó y respiró hace miles de millones de años. Ahora, un nuevo estudio dice que el culpable pudo haber sido las losas de roca gigantes que forman la capa exterior de la Tierra.
A medida que estas llamadas placas se movían, en un proceso llamado tectónica de placas, habrían enterrado restos de criaturas muertas ricas en carbono debajo de otras placas a medida que se deslizaban por debajo. En el manto de la Tierra, debajo de la corteza, el carbono no podría reaccionar con el oxígeno, dejando este ingrediente vital en la atmósfera, dijeron los científicos.
Hasta el Gran Evento de Oxigenación, la atmósfera del planeta era una mezcla de nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua y metano. Luego, hace 2.500 millones de años, una clase de criaturas unicelulares comenzó a usar ese dióxido de carbono y a producir oxígeno como producto de desecho. Pero el oxígeno es altamente reactivo; Las reacciones con las rocas superficiales y el carbono que se filtran de los restos de organismos muertos agotarían rápidamente el elemento.
Enterrando carbono
El nuevo estudio realizado por Megan Duncan y Rajdeep Dasgupta en la Universidad de Rice en Texas postuló que el carbono de las criaturas muertas fue empujado debajo de la corteza terrestre, o subducido, para formar grafitos y diamantes antiguos. Como tal, dijo el dúo, el Gran Evento de Oxigenación fue, en parte, impulsado por el comienzo de la tectónica de placas "moderna", en la cual la corteza terrestre se divide en enormes placas que chocan, se empujan y se deslizan una sobre la otra.
El proceso fue lo suficientemente eficiente como para que el carbono no tuviera tiempo de reaccionar con el oxígeno, por lo que el oxígeno, el producto de desecho de todas esas criaturas tempranas, permaneció en la atmósfera y se acumuló cerca de los niveles vistos hoy. El resultado: una atmósfera propicia para futuros respiradores de oxígeno.
"Este trabajo comenzó considerando los procesos que ocurren hoy en las zonas de subducción", dijo Duncan a Live Science. "Y luego preguntándome qué pasó en las antiguas zonas de subducción".
Duncan utilizó un modelo informático de la atmósfera que muestra una reacción entre el dióxido de carbono y el agua. Cuando los dos reaccionan, producen oxígeno molecular (compuesto por dos átomos de oxígeno) y formaldehído (un compuesto compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno). El formaldehído no es necesariamente lo que las criaturas vivientes realmente producirían; es un sustituto de los compuestos de carbono orgánico más complejos, dijo Duncan.
Ordinariamente, esa reacción es equilibrada; el oxígeno regresa para producir más dióxido de carbono (CO2) y agua, dejando una atmósfera desprovista de oxígeno. Ahí es donde entran las placas tectónicas, dijeron los investigadores. Según el nuevo estudio, las placas de empuje empujaron todo el formaldehído bajo tierra, dejando el aire con más oxígeno. Mientras tanto, sin el formaldehído que impulsa la reacción química "equilibrada", el CO2 extra permanecería en la atmósfera, ayudando a los respiradores de CO2 a prosperar y producir aún más oxígeno como desecho, encontraron los investigadores en su modelo de computadora.
Manteniendo el carbono bajo control
Para verificar su hipótesis, los investigadores utilizaron tanto mediciones antiguas de carbono en la corteza antigua como en experimentos de laboratorio. En algunos diamantes antiguos, por ejemplo, hay una cierta cantidad de carbono 13, un isótopo de carbono que se encuentra en los tejidos de los organismos vivos. Según los investigadores, esa información mostró que una cierta cantidad de carbono orgánico llegó claramente al manto (debajo de la corteza terrestre).
La siguiente pregunta era si el carbono se quedaría allí. Duncan derritió un trozo de vidrio de silicato y le añadió grafito. El vidrio simulaba la corteza antigua y el grafito representaba el carbono de los organismos, dijo Duncan. Luego aumentó la presión y la temperatura, comenzando a unas 14,800 atmósferas de presión y aumentando a 29,000 atmósferas (es decir, unas 435,000 libras por pulgada cuadrada). Los resultados mostraron que el carbono podría disolverse en la roca bajo las condiciones probablemente presentes en el manto de la Tierra primitiva, según el estudio. El resultado también mostró que el carbono probablemente permanecería debajo de la corteza durante millones de años antes de que los volcanes volvieran a salir, según el estudio.
La fijación del mecanismo exacto para el Gran Evento de Oxigenación no será fácil, dijo Duncan, y probablemente involucró varios mecanismos, no solo uno. Un desafío es la línea de tiempo de cuándo comenzó la subducción, dijo.
"Si los procesos modernos de tectónica de placas siempre han estado en acción, esto no funciona", dijo Duncan. Otras líneas de evidencia parecen mostrar que la Tierra primitiva podría no haber tenido tectónica de placas inicialmente y que el proceso comenzó más tarde, agregó Duncan.
"También depende de cuánto carbono orgánico se eliminó de la superficie", escribió Duncan en un correo electrónico. "Cuánto carbono orgánico llegó al fondo del océano (lo que probablemente depende de la química del océano antiguo). Sabemos que sucede hoy. Podemos salir y medirlo. Lo vemos en rocas antiguas, y potencialmente en los diamantes, así que creemos que el carbono orgánico estuvo presente y subducido a lo largo de la historia de la Tierra ".
El problema es poner límites exactos sobre cuánto y qué tan rápido, dijo.
Tim Lyons, profesor de biogeoquímica en la Universidad de California Riverside, estuvo de acuerdo en que vincular este modelo con el registro conocido en rocas es un desafío. "Una de mis preguntas es si esos datos pueden vincularse a un registro sólido para el historial de subducción", dijo Lyons.
"Se han propuesto muchos mecanismos para causar el GOE; ninguno, por sí solo, puede recrear la magnitud del aumento de O2 que se observa en el registro", dijo Duncan. "Probablemente fue una combinación de muchos de estos mecanismos, incluida la subducción, lo que permitió que los niveles de O2 aumentaran y se mantuvieran por el resto de la historia de la Tierra".
El estudio apareció (25 de abril) en la revista Nature Geoscience.
