Resumen (25 de Julio de 2005): En la Tierra, el metano es producido generalmente por la vida. Por eso la reciente detección de metano en la atmósfera marciana ha ocasionado mucha especulación acerca de la posibilidad de vida en el Planeta Rojo. En la parte dos de esta serie de cuatro partes, se consideran las variadas maneras en que la naturaleza produce el metano.





por David Tenenbaum
Partes 1 * 2 * 3 * y 4 *

Opciones terrestres para el primitivo clima. La Tierra primigenia, ¿bola de nieve, caldera o templada? Crédito: NASA

En el intento por comprender las impactantes noticias acerca del metano en el Planeta Rojo, los astrobiólogos buscan, como es habitual, en el planeta hogar para su instrucción. Las 1700 partes por billón de metano en la atmósfera de la Tierra son casi enteramente producidas por la biología. Menos del 1 por ciento viene de procesos no biológicos (abiogénicos), tales como el vulcanismo.

En los últimos años , ha surgido nueva información –relevante para el debate sobre Marte- acerca de los procesos biológicos y no biológicos como fuentes del metano de la Tierra.

¡Metanógenos trabajando!

Casi todo el metano en la Tierra es producido, directa o indirectamente, por organismos. Una pequeña proporción proviene de plantas en descomposición, enterradas, cuyas partes no disueltas se convierten en un material llamado kerógeno. Cuando el kerógeno se quiebra mediante una “ruptura” térmica, el resultado es el metano e hidrocarburos de cadena larga, como el etano, el propano y el butano. [El metano, el hidrocarburo más simple, tiene un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno (CH4). El etano tiene dos átomos de carbono y seis de hidrógeno (C2H6). La fórmula para el propano es C3H8, y para el butano es C4H10).

Mucho más metano proviene de microbios anaerobios llamados metanógenos. Algunos metanógenos son llamados “extremófilos” porque pueden prosperar bajo extrema acidez, alcalinidad, o salobridad –condiciones que alguna vez se pensó eran intolerables para la vida.

Los metanógenos también pueden tolerar temperaturas extremas. Por ejemplo, el Methanopyrus kandleri vive entre los 80 y 100 grados C del agua alrededor de las fumarolas negras en el Golfo de California. Otros metanógenos viven debajo de los 0 grados en la Antártida.

Concreciones, o bayas azules en Meridiani. Crédito de la Imagen: NASA

Los metanógenos están “extremadamente extendidos sobre la Tierra”, sostiene Stephen Zinder, un microbiólogo de la Universidad de Cornell en Nueva York. “Donde quiera que haya un lugar que usualmente no tiene oxígeno, usted los encontrará. Ya sea en el tracto intestinal, en el suelo, o en el profundo subsuelo, usted los encuentra”. Si bien son anaerobios, los metanógenos a veces pueden sobrevivir –si no reproducirse- cuando se exponen a pequeñas concentraciones de oxígeno.

Los metanógenos que viven en las tierras húmedas producen alrededor del 21 por ciento del metano en la atmósfera de la Tierra, dice Sushil Atreya, de la Universidad de Michigan (Atreya fue co-autor de la monografía en Science sobre los resultados del metano a partir del Mars Express). Los metanógenos en los intestinos de vacas y otros rumiantes producen casi el 20 por ciento. Los microbios en termitas y organismos similares hacen el 15 por ciento del metano atmosférico, y en los arrozales, aproximadamente el 12 por ciento. Otras fuentes principales incluyen los escapes de gas natural y la quema de biomasa.

En la Tierra, una gran cantidad de metano se encuentra encapsulado dentro de cristales de hielo bajo el permafrost y debajo de la plataforma continental. Estos depósitos de metano hidratado, también llamado clatratos de metano, son amplios. Se piensa que contienen mucho más carbono que todos los combustibles fósiles juntos.

Si los clatratos son tan dominantes como una tienda de metano en la Tierra, ¿por qué no también en Marte? Los clatratos se forman en la Tierra bajo ciertas combinaciones de presión y temperatura, y algunos científicos piensan que esas combinaciones podrían tener lugar también en Marte.

Produciendo metano sin la biología

Si bien casi todo el metano en la Tierra tiene un origen biológico, los científicos han comenzado recientemente a apreciar los muchos medios abiogénicos en que el metano puede ser generado. La precondición esencial para el metano abiogénico, dice Juske Horita de la División de Ciencias Químicas en el Laboratorio Oak Ridge en Tennessee, es la presencia de hidrógeno molecular (H2) y anhídrido carbónico.

Reacciones químicas desencadenadas por la radiación ultravioleta (hv) en la delgada atmósfera marciana. Crédito: Sushil, Umich

”Si usted coloca CO2 e hidrógeno juntos, la termodinámica ordena que tiene que convertirse en metano”, sostiene Horita.
La velocidad de la reacción depende de la presión, la temperatura, y la presencia de catalizadores. Dado que el anhídrido carbónico es común en tantos ambientes, encontrar fuentes de metano abiogénico es en gran parte una búsqueda de hidrógeno y catalizadores apropiados para la reacción. El metano abiogénico no se forma en la atmósfera de la Tierra, aunque el CO2 es abundante, porque el hidrógeno molecular es muy raro.

La mayor parte del metano abiogénico es generado por una reacción de “serpentinización”, que forma el mineral serpentina. En las cadenas oceánicas, el agua calentada por el magma reacciona con rocas como el olivino, que contiene elevados niveles de los catalizadores hierro y magnesio. Durante la serpentinización, el hidrógeno liberado a partir del agua reacciona con el carbono del anhídrido carbónico y forma el metano. La reacción genera calor y vastos depósitos de serpentina en el fondo del océano.

Hasta hace poco tiempo, se pensaba que las reacciones abiogénicas de agua, minerales y anhídrido carbónico, incluyendo la serpentinización, requerían agua a 200 grados C, y nadie sabe si el agua en Marte está lo suficientemente profunda como para estar caliente. Hay indicios de que reacciones similares productoras de metano podrían tener lugar en condiciones más frías. Horita, por ejemplo, hace notar que la serpentinización puede ocurrir en el agua a entre 50 y 70 grados C en Omán y las Filipinas. Y en 1999, Horita y Michael Berndt, un geoquímico entonces en la Universidad de Minnesota, publicaron una fórmula para una reacción relacionada que produce metano en presencia de un mineral de níquel y hierro como catalizador. A pesar de que la reacción produjo metano en unos pocos días a 200 grados C, Horita sospechó que también funcionaría, aunque más lentamente, a entre 50 y 70 grados C. Según su entender, ese experimento no ha sido realizado.

Los volcanes son otra fuente de metano, aunque la fuente activa más joven tendría que haber sido hace unos pocos millones de años, y el metano sin reemplazo desaparece en 300 años en Marte. Crédito: ESA/Mars Express

A pesar de los descubrimientos de múltiples nuevos caminos de producción de metano abiogénico, la mayor parte del metano en la Tierra es biogénico. “Las bacterias producen tanto metano en la Tierra, que está extendido, está en todas partes”, dice Horita. “Como una parte del balance global de metano, no creo que [el abiogénico] sea importante. Sin embargo, el metano abiogénico puede ser localmente importante, posiblemente incluyendo Marte”.

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La parte 1 de esta serie proporcionó un resumen de las recientes detecciones de agua y metano en Marte. La Parte 3 juzgará cuál es el método más probable para la producción de metano en Marte. La Parte 4 discutirá las estrategias que los científicos están utilizando para intentar resolver el misterio del metano.