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El oxígeno es imprescindible para la vida compleja tal como la conocemos, y la forma en que llegó a estar disponible en nuestro planeta resulta capital para la comprensión de nuestra historia y de las posibilidades de vida en otros planetas.

Se ha utilizado un número de hipótesis para explicar la forma en que el oxígeno libre se acumuló por primera vez en la atmósfera de la Tierra hace unos 2 400 millones de años, pero hasta ahora la cuestión ha resultado evasiva.

Ahora un nuevo modelo ofrece escenarios plausibles para explicar cómo el oxígeno llegó a dominar la atmósfera, y porqué tomó al menos 300 millones después de que la fotosíntesis bacterial comenzara a producir oxígeno en grandes cantidades.

La razón principal de una demora tan larga fue que procesos tales como la producción volcánica de gas actuaron como sumideros para consumir el oxígeno libre antes de que alcanzara los niveles suficientes como para dominar la atmósfera, dijo Mark Claire, un estudiante doctoral en astronomía y astrobiología de la Universidad de Washington. El oxígeno libre se combinaría con los gases de un penacho volcánico para formar nuevos compuestos, y el proceso resultó ser un sumidero significativo para el oxígeno, agregó.

Ciclo de oxígeno de las cianobacterias.Crédito: naturenotes.com

Otro consumidor fue el hierro transportado hasta la corteza exterior de la Tierra por el bombardeo desde el espacio. El oxígeno libre se consumía al oxidar el metal.

Pero Claire dijo que simplemente cambiando el modelo para reflejar los diferentes contenidos de hierro en la corteza exterior resulta en una gran diferencia cuando el modelo muestra al oxígeno libre que llena la atmósfera. Aumentando el contenido de hierro real en apenas cinco veces hubiera retrasado la oxigenación en más de mil millones de años, mientras que llevando el nivel a un quinto habría permitido que la oxigenación se diera con mil millones de años de antelación.

“Quedamos muy sorprendidos al ver que podríamos trasladar la transición mil millones de años en cualquier dirección, ya que esos niveles de hierro en la corteza exterior son ciertamente plausibles dada la naturaleza caótica de la manera en que se formó la Tierra”, dijo.

Claire y sus colegas David Catling, un profesor asociado en ciencias atmosféricas de la Universidad de Washington, y Kevin Zahnle del Centro Ames de Investigación de la NASA en California discutieron su modelo el 9 de agosto de Calgary, Alberta, durante el Segundo Encuentro de Procesos del Sistema Terrestre de la Sociedad Geológica de América.

Variaciones de la concentración del oxígeno en el tiempo.Crédito: naturenotes.com

El suministro de oxígeno de la Tierra se originó con las cianobacterias, diminutos organismos marinos que sobreviven por la fotosíntesis. En ese proceso, las bacterias convierten el bióxido de carbono y el agua en carbono orgánico y oxígeno libre.

Pero Claire hizo notar que en la Tierra primitiva el oxígeno libre se combinaría rápidamente con un elemento que abundara, como por ejemplo el hidrógeno o el carbono, para formar otros compuestos, y de esa forma en oxígeno libre no se acumularía muy rápidamente en la atmósfera. El metano, una combinación de carbono e hidrógeno, se convirtió en el gas dominante.

Composición actual de la atmósfera.

Con un Sol mucho más débil y frío que el actual, la acumulación de metano calentó al planeta hasta el punto de que la vida pudiera sobrevivir. Pero el metano era tan abundante que llenó las zonas más altas de la atmósfera, donde tales compuestos son muy escasos actualmente. Allí, la exposición a la luz ultravioleta hizo que el metano se descompusiera y que su hidrógeno liberado escapara hacia el espacio, sostuvo Claire.

La pérdida de los átomos de hidrógeno hacia el espacio permitió que una cantidad creciente de oxígeno libre oxidara la corteza. Con el tiempo, ésto disminuyó lentamente la cantidad de hidrógeno liberado por la corteza a causa de la combinación de presión y temperatura que formó las rocas de la corteza.

“Hace unos 2 400 millones de años, las fuentes geológicas de largo plazo del oxígeno superaron las pérdidas de una forma más o menos permanente”, dijo Claire. “El escape hacia el espacio es el único escape permanente que vemos para el hidrógeno, y eso llevó al planeta a un mayor nivel de oxígeno”.

El modelo desarrollado por Claire, Catling y Zahnle indica que cuando los átomos de hidrógenos arrancados al metano escaparon hacia el espacio, las condiciones de invernadero generadas por la capa de metano colapsaron rápidamente. La temperatura promedio de la Tierra descendió rápidamente en unos 30 grados centígrados, y el oxígeno pudo dominar la atmósfera porque ya no había una súper-abundancia de hidrógeno para consumirlo.

El trabajo fue financiado por el Instituto de Astrobiología de la NASA y el programa de Entrenamiento de Educación Graduada e Investigación Integradas de la Fundación Nacional de Ciencia; ambos organismos fomentan la investigación para la comprensión de la vida en el universo al examinar los límites de la vida sobre la Tierra.

“Hay un interés en este trabajo que no reside únicamente en conocer cómo llegó a haber una atmósfera de oxígeno en la Tierra, sino también en la búsqueda de señales de oxígeno en otros planetas tipo Tierra”, dijo Claire.

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Traducido y ampliado para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: Space Reference
Artículo: “Model gives clearer idea of how oxygen came to dominate Earth's atmosphere”
Fecha: Agosto 08, 2005

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