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Una nueva perspectiva en la explicación del porqué predomina el oxígeno en la atmósfera de la Tierra

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Después de décadas de investigaciones y debates, un equipo interdisciplinario de científicos de las Ciencias de la Tierra ha desarrollado un modelo innovador que arroja luz sobre una de las preguntas más fundamentales sobre la evolución de nuestro planeta: ¿cómo comenzó a producirse y a predominar el oxígeno en la atmósfera terrestre? Este avance integra conocimientos provenientes de la petrología, la geodinámica, la vulcanología y la geoquímica para ofrecer una visión más completa del proceso que transformó la atmósfera primitiva de la Tierra en un entorno rico en oxígeno, indispensable para la vida tal como la conocemos.

El oxígeno constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera actual, pero no siempre fue así. Durante los primeros millones de años de la historia de la Tierra, la atmósfera era rica en dióxido de carbono, metano y otros gases, pero prácticamente carente de oxígeno libre. Este cambio drástico, conocido como la Gran Oxidación (hace unos 2.400 millones de años), marcó un punto de inflexión en la historia de la Tierra, posibilitando la diversificación de la vida compleja.

Aunque se han propuesto muchas teorías sobre los mecanismos detrás de este cambio, las interacciones entre los procesos geológicos y biológicos responsables del aumento del oxígeno han sido difíciles de precisar.

El modelo recientemente propuesto integra conocimientos de varias disciplinas.

Petrología:

Analiza la composición y evolución de las rocas ígneas y metamórficas que emergieron durante el Arcaico y el Proterozoico. Estas rocas contienen registros químicos que reflejan los cambios en la interacción entre el manto terrestre y la atmósfera.

La liberación de gases a partir de la desgasificación del manto pudo haber desempeñado un papel clave en la disponibilidad de precursores para el oxígeno.

Geodinámica:

Modelos de tectónica de placas sugieren que la formación de supercontinentes y la subducción de materiales ricos en carbono contribuyeron a un cambio en la composición de los gases volcánicos emitidos.

Con el tiempo, estos cambios disminuyeron la liberación de gases reductores, como el metano, lo que permitió que el oxígeno comenzara a acumularse.

Vulcanología:

Estudios sobre los gases volcánicos muestran que la transición de un manto reducido (con tendencia a liberar gases como H2) a un manto oxidado pudo haber ocurrido hace aproximadamente 2.500 millones de años.

Este cambio se habría producido debido al reciclaje de materiales oxidantes en las zonas de subducción.

Geoquímica:

El análisis de isótopos de azufre y hierro en rocas sedimentarias de ese periodo revela un cambio significativo en la química de los océanos, lo que sugiere la aparición de oxígeno libre en cantidades detectables.

Estos cambios coinciden con el inicio de la actividad fotosintética de las cianobacterias, que habrían liberado oxígeno molecular (O2) como subproducto.

¿Cómo ocurrió la transición?

Según el modelo, la transición hacia una atmósfera rica en oxígeno no fue un proceso abrupto, sino el resultado de una compleja interacción de factores geológicos y biológicos:

Producción inicial de oxígeno:

Las cianobacterias comenzaron a liberar oxígeno hace más de 2.700 millones de años a través de la fotosíntesis oxigénica. Sin embargo, gran parte del oxígeno se consumía rápidamente al reaccionar con materiales reductores presentes en los océanos y la corteza terrestre.

Reducción de gases reductores:

El cambio en la composición de los gases volcánicos, impulsado por procesos tectónicos, redujo la cantidad de gases reductores emitidos, como el metano e hidrógeno, que anteriormente impedían la acumulación de oxígeno.

Acumulación gradual de oxígeno:

Una vez que las reservas de materiales reductores se agotaron, el oxígeno liberado por las cianobacterias comenzó a acumularse en la atmósfera, provocando la Gran Oxidación.

Implicaciones del modelo

Este modelo multidisciplinario no solo explica cómo el oxígeno comenzó a predominar en la atmósfera terrestre, sino que también tiene implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas. Al comprender cómo interactúan los procesos biológicos y geológicos para generar oxígeno, los científicos pueden identificar condiciones similares en exoplanetas potencialmente habitables.

Además, el estudio subraya la importancia de las interacciones profundas entre la superficie y el interior de un planeta en la evolución de su atmósfera y clima, un tema crucial en la astrobiología.

Evidencias fósiles antárticas

El estudio se basa en fósiles recolectados en sitios clave, como la Isla James Ross y la Península Antártica. Los especímenes incluyen:

  • Ammonites: Cefalópodos marinos cuya desaparición coincide claramente con el límite K-T, marcando la pérdida de biodiversidad en los océanos.
  • Restos de dinosaurios: Incluyen pequeños terópodos y herbívoros ornitópodos que habitaban la región en climas fríos.
  • Microfósiles marinos: Como foraminíferos, cuyos cambios drásticos en diversidad y abundancia sugieren alteraciones en los ecosistemas marinos.

Los investigadores han encontrado una marcada disminución en la diversidad de estas especies justo en el límite K-T. Este patrón se correlaciona con datos similares observados en otros continentes, lo que sugiere que las condiciones generadas por el impacto y el vulcanismo fueron suficientemente severas como para afectar incluso a las especies adaptadas a los extremos climáticos.

Impactos climáticos y ecológicos

El evento de extinción masiva produjo efectos que se sintieron a nivel global:

Invierno de impacto: El polvo y los aerosoles generados por el impacto bloquearon la luz solar, reduciendo drásticamente las temperaturas incluso en regiones templadas como la Antártida.

Acidificación oceánica: Los océanos polares, considerados más vulnerables, experimentaron cambios en su pH debido al aumento del dióxido de carbono en la atmósfera.

Colapso de la red trófica: Las especies antárticas dependían de ciclos estacionales de producción primaria. La interrupción de estos ciclos habría afectado gravemente a las cadenas alimenticias locales.

¿Refugios climáticos o ecosistemas vulnerables?

Previo al estudio, algunos científicos planteaban que los ecosistemas polares podrían haber actuado como refugios, debido a su resistencia a cambios estacionales extremos y a su aparente aislamiento de los impactos climáticos globales. Sin embargo, los nuevos datos sugieren lo contrario: las especies antárticas eran igualmente vulnerables a los cambios bruscos en la temperatura, la disponibilidad de alimentos y las condiciones del océano.

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