La transición de la Tierra para albergar permanentemente una atmósfera oxigenada fue el resultado de un proceso de cierre que tomó 100 millones de años más de lo que se creía anteriormente, según un nuevo estudio:
Cuando la Tierra se formó por primera vez hace 4.500 millones de años , la atmósfera casi no contenía oxígeno. Pero hace 2.430 millones de años, algo sucedió: los niveles de oxígeno comenzaron a aumentar y luego a disminuir, acompañados de cambios climáticos masivos , incluidas varias glaciaciones que pueden haber cubierto todo el globo de hielo. Las firmas químicas encerradas en las rocas que se formaron durante esta era habían sugerido que hace 2.32 mil millones de años, el oxígeno era una característica permanente de la atmósfera del planeta. Pero un nuevo estudio que profundiza en el período posterior a hace 2.320 millones de años encuentra que los niveles de oxígeno todavía estaban aumentando hasta hace 2.220 millones de años, cuando el planeta finalmente alcanzó un punto de inflexión permanente.
Esta nueva investigación, publicada en la revista Nature el 29 de marzo de 2021, extiende la duración de lo que los científicos llaman el gran evento de oxidación que ocurrió hace unos 100 millones de años . También podría confirmar el vínculo entre la oxigenación y los cambios climáticos masivos. ” Recién ahora estamos comenzando a ver la complejidad de este evento ” , dijo el coautor del estudio, Andrey Bekker , geólogo de la Universidad de California en Riverside. El oxígeno creado en el Gran Evento de Oxidación fue producido por cianobacterias marinas , un tipo de bacteria que produce energía a través de la fotosíntesis.. El principal subproducto de la fotosíntesis es el oxígeno y, finalmente, las primeras cianobacterias produjeron suficiente oxígeno para formar la faz del planeta para siempre. La firma de este cambio es visible en rocas sedimentarias marinas. En una atmósfera libre de oxígeno, estas rocas contienen algunos tipos de isótopos de azufre . (Los isótopos son elementos con un número variable de neutrones en sus núcleos). Cuando el oxígeno alcanza su punto máximo, estos isótopos de azufre desaparecen porque las reacciones químicas que lo crean no ocurren en presencia de oxígeno.. Bekker y sus colegas han estudiado durante mucho tiempo la aparición y desaparición de estas señales de isótopos de azufre. Ellos y otros investigadores notaron que el aumento y la caída del oxígeno en la atmósfera parecían seguir tres glaciaciones globales que ocurrieron hace entre 2.500 y 2.200 millones de años . Pero, curiosamente, la cuarta y última edad de hielo en ese momento no se había relacionado con las fluctuaciones en los niveles de oxígeno atmosférico. Los investigadores estaban desconcertados, dijo Bekker a WordsSideKick.com. ” ¿Por qué tenemos cuatro eventos glaciares y tres de ellos pueden vincularse y explicarse por variaciones en el oxígeno atmosférico, pero el cuarto de ellos es independiente?” Descubrir,. Estas rocas marinas cubren la siguiente parte del Gran Evento de Oxidación , desde las secuelas de la tercera glaciación hasta hace unos 2.200 millones de años .
Descubrieron que después de la tercera edad de hielo, la atmósfera inicialmente carecía de oxígeno, luego el oxígeno aumentaba y luego disminuía nuevamente. El oxígeno volvió a subir hace 2.320 millones de años, el punto en el que los científicos pensaban anteriormente que el aumento era permanente. Pero en las rocas más jóvenes, Bekker y sus colegas detectaron nuevamente una caída en los niveles de oxígeno. Esta disminución coincidió con la glaciación final, una que no se había vinculado previamente a los cambios atmosféricos. “El oxígeno atmosférico durante este período inicial fue muy inestable y subió a niveles relativamente altos y cayó a niveles muy bajos”, dijo Bekker. ” Esto es algo que no esperábamos hasta quizás los últimos 4 o 5 años [de investigación]”.
Cianobacterias frente a volcanes Los
investigadores todavía están tratando de averiguar qué causó todas estas fluctuaciones, pero tienen algunas ideas. Un factor clave es el metano , un gas de efecto invernadero más eficiente para atrapar el calor que el dióxido de carbono.. Hoy en día, el metano juega un papel pequeño en el calentamiento global en comparación con el dióxido de carbono, porque el metano reacciona con el oxígeno y desaparece de la atmósfera en aproximadamente una década, mientras que el dióxido de carbono se pega durante cientos de años. Pero cuando había poco o nada de oxígeno en la atmósfera, el metano duraba mucho más y actuaba como un gas de efecto invernadero más importante. Entonces, la secuencia de oxigenación y cambio climático probablemente fue así: las cianobacterias comenzaron a producir oxígeno, que reaccionó con el metano en la atmósfera en ese momento, dejando solo dióxido de carbono. Este dióxido de carbono no era lo suficientemente abundante para compensar el efecto de calentamiento del metano perdido, por lo que el planeta comenzó a enfriarse.
Sin embargo, los volcanes subglaciales salvaron al planeta de la congelación profunda. La actividad volcánica finalmente elevó los niveles de dióxido de carbono lo suficiente como para calentar el planeta nuevamente. Y mientras la producción de oxígeno se retrasó en los océanos cubiertos de hielo debido a que las cianobacterias recibían menos luz solar, el metano de los volcanes y microorganismos comenzó a acumularse en la atmósfera nuevamente, calentando aún más las cosas. Pero los niveles de dióxido de carbono volcánico tuvieron otro efecto importante. Cuando el dióxido de carbono reacciona con el agua de lluvia, forma ácido carbónico , que disuelve las rocas más rápidamente que el agua de lluvia a pH neutro.en los océanos. Hace más de 2 mil millones de años, tal afluencia de nutrientes habría llevado a las cianobacterias marinas productoras de oxígeno a un frenesí productivo, aumentando nuevamente los niveles de oxígeno atmosférico, reduciendo el metano y comenzando el ciclo completo nuevamente. Finalmente, otro cambio geológico interrumpió este ciclo de oxigenación-glaciación . El modelo parece haber terminado hace unos 2.200 millones de años , cuando el registro de rocas indica un aumento en el carbono orgánico enterrado, lo que sugiere que los organismos fotosintéticos estaban experimentando un apogeo.
Nadie sabe exactamente qué desencadenó este punto de inflexión, aunque Bekker y sus colegas especulan que la actividad volcánica en esta época puede haber proporcionado un nuevo suministro de nutrientes a los océanos, dando finalmente a las cianobacterias todo lo que necesitaban para prosperar. En este punto, dijo Bekker, los niveles de oxígeno eran lo suficientemente altos como para suprimir permanentemente la influencia sobredimensionada del metano en el clima y el dióxido de carbono de la actividad volcánica y otras fuentes se convirtió en el gas de efecto invernadero dominante para mantener caliente el planeta. Hay muchas otras secuencias de rock de esta época en todo el mundo, dijo Bekker, incluso en África Occidental, América del Norte, Brasil, Rusia y Ucrania.. Estas rocas antiguas necesitan más estudios para revelar cómo funcionaron los primeros ciclos de oxigenación, dijo, específicamente para comprender cómo los altibajos afectaron la vida del planeta.
