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Resumen (Nov. 20, 2004): ¿Cómo logró la Tierra obtener una atmósfera rica en oxígeno y respirable, mientras que Marte y Venus no pudieron lograrla?. Una respuesta que volcanes de manto, más profundos, comenzaron a trasladar hacia la superficie vapor de agua y bióxido de carbono, en lugar de hidrógeno y monóxido de carbono.





Basado en un artículo de PSU

Él Sol primitivo tenía la mitad de su luminosidad actual. “Sencillamente no creo que podamos ignorar el tremendo poder de la energía solar como el combustible más abundante de la joven Tierra”. -William Hagan Crédito: NASA

La actividad volcánica extendida, las cianobacterias y la glaciación global pueden parecer la trama de una nueva película de desastre total, pero en realidad son todos acontecimientos en el misterio que rodea el desarrollo de nuestra atmósfera rica en oxígeno, según un geocientífico de Penn State.

La fluctuación más extrema en el ciclo de carbono de la Tierra ocurrió hace unos 2.200 millones de años, dice el Dr. Lee R. Kump, profesor de geociencias y miembro del Centro de Investigación Astrobiológica de Penn State, y la explicación convencional es la de que marca la aparición de nuestra atmósfera de oxígeno. Recientemente, sin embargo, la mejor datación geológica y una mejor medición sustituta de cuando ocurrió esa aparición sugieren que la atmósfera de oxígeno apareció mucho antes de este supuesto acontecimiento seminal.

“La nueva datación y la medición sustituta muestran claramente que el aumento de oxígeno precedió a su causa aparente en por lo menos 100 millones de años”, dijo Kump a los asistentes en la conferencia de la Sociedad Geológica de América del 8 de noviembre en Denver.

La medición sustituta de cuando apareció el oxígeno en forma significativa se encuentra en el azufre. En una atmósfera oxigenada, que es muy oxidante, eventualmente todo el azufre se convierte en sulfato, pero en una atmósfera de reducción (una sin cantidades significativas de oxígeno) el azufre se deposita como sulfato, como sulfito o incluso como azufre puro y retiene una firma isotópica inusual de los procesos atmosféricos superiores. La mejor datación de estos isótopos extraños en las rocas halló que tenían una edad de 2.300 millones de años o más, y sugiere que el oxígeno apareció más temprano que la perturbación del ciclo de carbono.

La comparación global de Marte, Venus y la Tierra en los gases atmosféricos oxígeno, agua y bióxido de carbono. La detección de gases traza es una meta para la predicción de biosfera entre los buscadores de planetas extrasolares. Crédito: NASA Workshop, Pale Blue Dot

Si el gran episodio de secuestro de carbono marino no coincide con el incremento de oxígeno, ¿qué es lo que coincide?. Las cianobacterias (organismos marinos fotosintéticos) produjeron oxígeno durante estos primeros años de la atmósfera pre-oxígeno. Sin embargo, como la atmósfera era fuertemente reducidora, el oxígeno era eliminado rápidamente de ella.

El cambio de una atmósfera reducidora a una oxidante ocurrió cuando la actividad volcánica cambió gradualmente de volcanes que expelían hidrógeno y monóxido de carbono a otros que producían vapor de agua y bióxido de carbono, según Kump. Estos volcanes de chimenea de manto trasladan hacia arriba la roca fundida de las profundidades de las profundidades de la Tierra.

Con grandes cantidades de agua y bióxido de carbono en la atmósfera, el hidrógeno y el monóxido de carbono no consumían más todo el oxígeno producido por las cianobacterias, y las cantidades de oxígeno aumentaron. En unos pocos millones de años, los niveles de oxígeno alcanzaron los que vemos en la atmósfera terrestre actual.

“Los incrementos y los cambios en las chimeneas de manto vinieron en pulsos, no todos al mismo tiempo”, dice Kump. “Hubo primero un gran incremento hace 2.700 millones de años, y luego otro, 2.400 millones de años atrás”.

A medida que el oxígeno se fue acumulando, fueron depositadas alrededor del mundo unas capas ricas en hierro, llamadas lechos rojos porque el hierro está oxidado hasta formar orín. Los lechos rojos son considerados un signo de oxígeno atmosférico.

En Marte, la suciedad roja es comparable localmente a los óxidos de hierro. El rastro de Opportunity a través de dunas de arena y de concreciones ricas en hematita. Crédito: JPL / NASA

Pero también, a medida que el oxígeno aumentaba, bajaban los niveles de metano.

“Se puede tener una atmósfera rica en metano con poco oxígeno o una atmósfera rica en oxígeno con poco metano, pero ambos no pueden ser abundantes al mismo tiempo”, dice Kump. “El metano fue el más importante de los gases de invernadero que quedó en la atmósfera”.

Sin los gases de invernadero y ante la presencia de un Sol joven y débil que producía menos calor que el actual, la Tierra se enfrió, de acuerdo a una teoría publicada anteriormente por sus colegas de Penn State James Kasting y Alexander Pavlov. Siguió una glaciación a escala global. Sin embargo, los volcanes continuaron produciendo bióxido de carbono (un gas de invernadero) hasta que la atmósfera se calentó lo suficiente como para descongelar los glaciares.

“Encontramos basalto realmente oxidado, lo que es anómalo, en el norte de Rusia y en Escandinavia. Este basalto sería una esponja muy mala como para absorber oxígeno desde la atmósfera”, dice Kump. “Necesitamos buscar más evidencia acerca de estas rocas del manto productoras de oxígeno”.

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