El primer estallido de oxígeno fue provocado por la tectónica
La atmósfera respirable de la Tierra es clave para la vida, y un nuevo estudio sugiere que el primer estallido de oxígeno fue agregado por una serie de erupciones volcánicas provocadas por la tectónica.
La evolución de la vida como se muestra en un mural en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California.
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El aumento de oxígeno de un oligoelemento a un componente atmosférico primario fue un desarrollo evolutivo importante.
El estudio realizado por geocientíficos de la Universidad de Rice ofrece una nueva teoría para ayudar a explicar la aparición de concentraciones significativas de oxígeno en la atmósfera de la Tierra hace unos 2.500 millones de años, algo que los científicos llaman el Gran Evento de Oxidación (GOE). La investigación aparece esta semana en Nature Geoscience.
Dasgupta dijo que la nueva teoría no descarta el papel que los primeros organismos fotosintéticos, las cianobacterias, jugaron en el GOE.
Los geocientíficos (desde la izquierda) James Eguchi, Johnny Seales y Rajdeep Dasgupta publicaron una nueva teoría que intenta explicar la primera aparición de concentraciones significativas de oxígeno en la atmósfera de la Tierra hace unos 2.500 millones de años, así como un cambio desconcertante en la proporción de isótopos de carbono en minerales de carbonato que siguieron
«La mayoría de la gente piensa que el aumento de oxígeno está relacionado con las cianobacterias, y no están equivocados», dijo. La aparición de organismos fotosintéticos podría liberar oxígeno.
Pero la pregunta más importante es si el momento de esa emergencia se alinea con el momento del Gran Evento de Oxidación. Resulta que no lo hacen. Las cianobacterias estaban vivas en la Tierra hasta 500 millones de años antes del GOE.
Si bien se han ofrecido varias teorías para explicar por qué podría haber tardado tanto en aparecer el oxígeno en la atmósfera, Dasgupta dijo que no está al tanto de ninguna que haya tratado simultáneamente de explicar un cambio marcado en la proporción de isótopos de carbono en el carbonato minerales que comenzaron unos 100 millones de años después del GOE.
Los geólogos se refieren a esto como el Evento Lomagundi, y duró varios cientos de millones de años. Uno de cada cien átomos de carbono es el isótopo carbono-13, y los otros 99 son carbono-12.
Esta proporción de 1 a 99 está bien documentada en carbonatos que se formaron antes y después de Lomagundi, pero los que se formaron durante el evento tienen aproximadamente un 10% más de carbono 13.
Eguchi dijo que la explosión en las cianobacterias asociadas con el GOE ha sido vista por mucho tiempo como un papel en Lomagundi.
«Las cianobacterias prefieren tomar carbono 12 en relación con el carbono 13», dijo. «Entonces, cuando comienzas a producir más carbono orgánico, o cianobacterias, entonces el depósito a partir del cual se producen los carbonatos se agota en carbono 12».
Eguchi dijo que la gente trató de usar esto para explicar Lomagundi, pero el tiempo nuevamente fue un problema.
Esta figura ilustra cómo el carbono inorgánico recorre el manto más rápidamente que el carbono orgánico, que contiene muy poco del isótopo carbono-13.
Tanto el carbono inorgánico como el orgánico se dibujan en el manto de la Tierra en las zonas de subducción (arriba a la izquierda).
«Cuando realmente observa el registro geológico, el aumento en la relación carbono-13-carbono-12 en realidad ocurre hasta 10s de millones de años después del aumento de oxígeno», dijo.
«Entonces se hace difícil explicar estos dos eventos a través de un cambio en la relación de carbono orgánico a carbonato». El escenario al que llegaron Eguchi, Dasgupta y Seales para explicar todos estos factores es:
- Un aumento dramático en la actividad tectónica condujo a la formación de cientos de volcanes que arrojaron dióxido de carbono a la atmósfera.
- El clima se calentó, aumentando las precipitaciones, lo que a su vez aumentó el «desgaste», la descomposición química de los minerales rocosos en los continentes áridos de la Tierra.
- La meteorización produjo una escorrentía rica en minerales que se vertió en los océanos, apoyando un auge tanto en las cianobacterias como en los carbonatos.
Creemos que la cantidad de cianobacterias aumentó hace unos 2.400 millones de años
Entonces eso impulsaría nuestro aumento de oxígeno. Pero el aumento de las cianobacterias se equilibra con el aumento de los carbonatos.
Cuando lo hacen, la geoquímica entra en juego, haciendo que estas dos formas de carbono residan en el manto durante diferentes períodos de tiempo.
Los carbonatos se liberan mucho más fácilmente en los magmas y se vuelven a liberar en la superficie en un período muy corto.
Carbono enriquecido
La atmósfera de la Tierra vista desde la Estación Espacial Internacional el 20 de julio de 2006.
«Estamos proponiendo que las emisiones de dióxido de carbono sean muy importantes para esta proliferación de la vida», dijo.
«Realmente está tratando de vincular cómo estos procesos más profundos han afectado la vida de la superficie en nuestro planeta en el pasado».
Dasgupta también es el investigador principal en un esfuerzo financiado por la NASA llamado CLEVER Planets que está explorando cómo los elementos esenciales para la vida podrían unirse en exoplanetas distantes.
Evolución en mundos distantes
Dijo que comprender mejor cómo la Tierra se volvió habitable es importante para estudiar la habitabilidad y su evolución en mundos distantes.
«Puede haber otras formas de construir y mantener el oxígeno, y explorarlas es una de las cosas que estamos tratando de hacer en los planetas CLEVER». La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, la NASA y el Deep Carbon Observatory.
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