Un nuevo estudio muestra que la transición de la Tierra para albergar una atmósfera permanentemente oxigenada fue un proceso de parada que tomó 100 millones de años más de lo que se pensaba.
Cuando la Tierra se formó por primera vez hace 4.500 millones de años, la atmósfera no contenía casi nada. Oxígeno. Pero hace 2.430 millones de años, sucedió algo: los niveles de oxígeno comenzaron a aumentar y luego disminuyeron, acompañados de cambios masivos en el clima, incluidos muchos glaciares que pueden haber cubierto todo el mundo con hielo.
Las firmas químicas atrapadas en las rocas que se formaron durante esta era indicaron que hace 2.320 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 encontró que los niveles de oxígeno todavía oscilaban hacia adelante y hacia atrás hasta hace 2.220 millones de años, cuando el planeta finalmente alcanzó un punto de inflexión permanente. Esta nueva investigación publicada en la revista Naturaleza templada El 29 de marzo, el período de lo que los científicos llaman el evento de la Gran Oxidación se extendió por 100 millones de años. También puede confirmar la relación entre la oxigenación y la variabilidad climática.
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«Recién ahora estamos comenzando a ver cuán complejo es este evento», dijo el coautor del estudio, Andre Becker, geólogo de la Universidad de California en Riverside.
Composición de oxígeno
El oxígeno creado en el gran evento de oxidación fue formado por cianobacterias marinas, que son un tipo de bacteria que produce energía a través de Fotosíntesis. El principal subproducto de la fotosíntesis es el oxígeno, y las primeras cianobacterias finalmente produjeron suficiente oxígeno para remodelar para siempre la cara del planeta.
La firma de este cambio aparece en rocas sedimentarias marinas. En una atmósfera libre de oxígeno, estas rocas contienen ciertos tipos de isótopos de azufre. (Los isótopos son elementos con un número variable de neutrones en su núcleo). Cuando el oxígeno sube, los isótopos de azufre desaparecen porque las reacciones químicas que los crean no ocurren en presencia de oxígeno.
Becker y sus colegas han estudiado durante mucho tiempo la aparición y desaparición de estas señales de isótopos de azufre. Ellos y otros investigadores han observado que el aumento y la caída del oxígeno en la atmósfera parecen estar siguiendo tres glaciares globales que ocurrieron hace entre 2.500 y 2.200 millones de años. Sin embargo, extrañamente, la cuarta y última glaciación en ese período no estuvo relacionada con las fluctuaciones en los niveles de oxígeno en la atmósfera.
Baker le dijo a Live Science que los investigadores estaban desconcertados. «¿Por qué tenemos cuatro eventos de hielo, tres de los cuales pueden vincularse y explicarse por diferencias en el oxígeno atmosférico, pero el cuarto es independiente?»
Para averiguarlo, los investigadores estudiaron las rocas más jóvenes de Sudáfrica. Estas rocas marinas cubren la porción final del evento de la Gran Oxidación, desde las repercusiones de la Tercera Glaciación hasta hace unos 2.200 millones de años.
Descubrieron que después del tercer evento de glaciación, la atmósfera estaba desprovista de oxígeno al principio, luego el oxígeno aumentó y luego disminuyó nuevamente. El oxígeno volvió a subir hace 2.320 millones de años, el punto en el que los científicos creían anteriormente que el aumento era permanente. Pero en rocas más pequeñas, Becker y sus colegas descubrieron una vez más una caída en los niveles de oxígeno. Esta disminución coincidió con la glaciación final, que anteriormente no estaba asociada con cambios atmosféricos.
«El oxígeno en la atmósfera durante este período inicial fue muy inestable, subió a niveles relativamente altos y descendió a niveles muy bajos», dijo Baker. “Esto es algo que no esperábamos hasta los últimos 4 o 5 años, tal vez [of research]. «
Cianobacterias versus volcanes
Los investigadores todavía están trabajando para descubrir la causa de todas estas fluctuaciones, pero tienen algunas ideas. Uno de los factores clave es el metano, que es un gas de efecto invernadero más eficiente que atrapa 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 permanece presente durante cientos de años. Pero cuando había menos oxígeno en la atmósfera, el metano duraba más y servía como un gas de efecto invernadero más importante.
Entonces, la secuencia del oxígeno y el cambio climático probablemente fueron 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. Los glaciares se expandieron y la superficie del planeta se volvió helada y fría.
Pero salvar al planeta del permafrost profundo fueron los volcanes subglaciales. La actividad volcánica finalmente elevó los niveles de dióxido de carbono lo suficientemente altos como para calentar el planeta nuevamente. Y aunque la producción de oxígeno en los océanos cubiertos de hielo se retrasó debido a que las cianobacterias recibían menos luz solar, el metano de los volcanes y los microorganismos comenzó a acumularse nuevamente en la atmósfera, lo que provocó que las cosas se calentaran aún más.
Pero los niveles de dióxido de carbono volcánico tuvieron otro gran impacto. Cuando el dióxido de carbono reacciona con el agua de lluvia, forma ácido carbónico, que disuelve las rocas más rápidamente que el pH neutro del agua de lluvia. Esta erosión más rápida de las rocas trae más nutrientes como el fósforo a 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 una vez más los niveles de oxígeno en la atmósfera, reduciendo el metano y comenzando de nuevo el ciclo completo.
Finalmente, otro cambio geológico interrumpió este ciclo de oxigenación y aglutinación. Este patrón 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 indica que los organismos fotosintéticos estaban en su cenit. Nadie sabe exactamente qué llevó a este punto de inflexión. Becker y sus colegas asumieron Esta actividad volcánica en este período proporcionó una nueva afluencia de nutrientes a los océanos y finalmente les dio a las cianobacterias todo lo que necesitaban para prosperar. En este punto, dijo Baker, los niveles de oxígeno eran lo suficientemente altos como para suprimir permanentemente el enorme impacto 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 el planeta caliente.
Baker dijo que hay muchas otras series de rock de esta época en todo el mundo, incluidas África Occidental, América del Norte, Brasil, Rusia y Ucrania. Dijo que estas rocas antiguas necesitan más estudio para revelar cómo funcionan los primeros ciclos de oxígeno, especialmente para comprender cómo los altibajos afectan la vida del planeta.
Publicado originalmente en Live Science.
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