Los científicos de la Tierra de la Universidad de Rice, la Universidad de Yale y la Universidad de Tokio están ofreciendo una nueva respuesta a la antigua pregunta de cómo nuestro planeta adquirió su atmósfera oxigenada.
Basado en un nuevo modelo que se basa en investigaciones en diversos campos, incluyendo petrología, geodinámica, vulcanología y geoquímica, los hallazgos del equipo se publicaron en línea esta semana en Geociencia de la naturaleza . Sugieren que el aumento de oxígeno en la atmósfera de la Tierra fue una consecuencia inevitable de la formación de continentes en presencia de vida y tectónica de placas.
"Es realmente una idea muy simple, pero comprenderla completamente requiere un poco de información sobre cómo funciona la Tierra", dijo el autor principal del estudio, Cin-Ty Lee, profesor de ciencias de la Tierra en Rice. "La analogía que uso con más frecuencia esla bañera con fugas. El nivel de agua en una bañera está controlado por la velocidad del agua que fluye a través del grifo y la eficiencia por la cual el agua se escapa por el desagüe. Las plantas y ciertos tipos de bacterias producen oxígeno como un subproducto de la fotosíntesis.La producción de oxígeno está equilibrada por el sumidero: reacción de oxígeno con hierro y azufre en la corteza terrestre y reacción inversa con carbono orgánico. Por ejemplo, respiramos oxígeno y exhalamos dióxido de carbono, esencialmente eliminando oxígeno de la atmósfera.La historia del oxígeno en nuestra atmósfera se reduce a comprender las fuentes y los sumideros, pero la narración de 3 mil millones de años de cómo se desarrolló esto es más compleja ".
Lee fue coautor del estudio con Laurence Yeung y Adrian Lenardic, ambos de Rice, y con Ryan McKenzie de Yale y Yusuke Yokoyama de la Universidad de Tokio. Las explicaciones de los autores se basan en un nuevo modelo que sugiere cómo se agregó el oxígeno atmosférico aLa atmósfera de la Tierra en dos momentos clave: uno hace unos 2 mil millones de años y otro hace unos 600 millones de años.
Hoy, alrededor del 20 por ciento de la atmósfera de la Tierra es oxígeno molecular libre, u O 2 . El oxígeno libre no está unido a otro elemento, como lo están los átomos de oxígeno en otros gases atmosféricos como el dióxido de carbono y el dióxido de azufre. Durante gran parte de la historia de 4.500 millones de años de la Tierra, el oxígeno libre fue prácticamente inexistente en la atmósfera.
"No faltaba porque es raro", dijo Lee. "El oxígeno es en realidad uno de los elementos más abundantes en planetas rocosos como Marte, Venus y la Tierra. Sin embargo, es uno de los elementos más reactivos químicamente. Se formafuertes enlaces químicos con muchos otros elementos, y como resultado, tiende a permanecer encerrado en óxidos que permanecen sepultados para siempre en las entrañas del planeta, en forma de rocas. En este sentido, la Tierra no es la excepción al otroplanetas; casi todo el oxígeno de la Tierra aún permanece encerrado en su profundo interior rocoso ".
Lee y sus colegas demostraron que hace unos 2.500 millones de años, la composición de la corteza continental de la Tierra cambió fundamentalmente. Lee dijo que el período, que coincidió con el primer aumento del oxígeno atmosférico, también estuvo marcado por la aparición de abundantes granos minerales conocidos como circones.
"La presencia de circonitas es reveladora", dijo. "Las circonitas cristalizan en rocas fundidas con composiciones especiales, y su apariencia significa un cambio profundo de vulcanismo pobre en sílice a rico en sílice. La relevancia para la composición atmosférica es esa síliceLas rocas ricas tienen mucho menos hierro y azufre que las rocas pobres en sílice, y el hierro y el azufre reaccionan con el oxígeno y forman un sumidero para el oxígeno.
"En base a esto, creemos que el primer aumento de oxígeno puede deberse a una reducción sustancial en la eficiencia del sumidero de oxígeno", dijo Lee. "En la analogía de la bañera, esto es equivalente a tapar parcialmente el drenaje".
Lee dijo que el estudio sugiere que el segundo aumento en el oxígeno atmosférico se relacionó con un cambio en la producción, análogo a aumentar el flujo del grifo.
"La analogía de la bañera es simple y elegante, pero hay una complicación adicional que debe tenerse en cuenta", dijo. "Esto se debe a que la producción de oxígeno está vinculada al ciclo global del carbono: el ciclo del carbono entre la Tierra,la biosfera, la atmósfera y los océanos "
Lee dijo que el modelo mostró que el ciclo del carbono de la Tierra nunca ha estado en un estado estable porque el carbono se escapa lentamente como dióxido de carbono desde el interior de la Tierra a la superficie a través de la actividad volcánica. El dióxido de carbono es uno de los ingredientes clave para la fotosíntesis.
"En escalas de tiempo geológicas largas, el carbono se elimina de la atmósfera mediante la producción de formas condensadas de carbono, como el carbono orgánico y minerales llamados carbonato", dijo. "Durante la mayor parte de la historia de la Tierra, la mayor parte de este carbono ha sidodepositado no en el océano profundo, sino más bien en los márgenes de los continentes. Las implicaciones son profundas porque el carbono depositado en los continentes no regresa al interior de la Tierra. En cambio, amplifica las entradas de carbono a la atmósfera cuando los continentes son perturbados posteriormente por el volcanismo ".
Lee dijo que el modelo del equipo mostró que la actividad volcánica y otras entradas geológicas de carbono a la atmósfera pueden haber aumentado con el tiempo, y debido a que la producción de oxígeno está vinculada a la producción de carbono, la producción de oxígeno también debe aumentar. El modelo mostró que el segundo aumento enel oxígeno atmosférico tuvo que ocurrir tarde en la historia de la Tierra.
"Exactamente cuando depende del modelo, pero lo que está claro es que la formación de la corteza continental conduce naturalmente a dos aumentos en el oxígeno atmosférico, tal como vemos en el registro fósil", dijo Lee.
Sigue siendo un misterio exactamente qué causó que la composición de la corteza cambiara durante el primer evento de oxigenación, pero Lee dijo que el equipo cree que puede haber estado relacionado con el inicio de la tectónica de placas, donde la superficie de la Tierra, por primera vez, se volvió móvilsuficiente para hundirse de nuevo en el interior profundo de la Tierra.
Lee dijo que el nuevo modelo del equipo no está exento de controversia. Por ejemplo, el modelo predice que la producción de dióxido de carbono debe aumentar con el tiempo, un hallazgo que va en contra de la creencia convencional de que los flujos de carbono y los niveles de dióxido de carbono atmosférico han disminuido constantemente a lo largo del tiempo.últimos 4 mil millones de años.
"El cambio en el flujo descrito por nuestro modelo ocurre durante períodos de tiempo extremadamente largos, y sería un error pensar que estos procesos que están provocando cualquiera de los cambios atmosféricos están ocurriendo debido al cambio climático antropomórfico", dijo."Sin embargo, nuestro trabajo sugiere que los científicos de la Tierra y los astrobiólogos pueden necesitar revisar lo que creemos que sabemos sobre la historia temprana de la Tierra".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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