Para los investigadores que persiguen la historia primordial del oxígeno en la atmósfera de la Tierra, un nuevo estudio podría agriar algunos momentos "¡Eureka!". Según el estudio, una herramienta contemporánea utilizada para rastrear el oxígeno al examinar los estratos de rocas antiguas puede producir falsos positivos.los resultados caprichosos pueden enmascararse como descubrimientos estimulantes.
Las moléculas comunes llamadas ligandos pueden sesgar los resultados de un trazador químico popular llamado sistema de isótopos de cromo Cr, que se utiliza para probar las capas de rocas sedimentarias en busca de pistas sobre los niveles de oxígeno atmosférico durante la época en que se formó la roca. Investigadores en GeorgiaEl Instituto de Tecnología ha demostrado en el laboratorio que muchos ligandos podrían haber creado una señal muy similar a la del oxígeno molecular.
"Hay algunas ubicaciones geográficas y situaciones antiguas en las que podrían haberse generado señales medibles que no tenían nada que ver con la cantidad de oxígeno que había alrededor", dijo Chris Reinhard, uno de los autores principales del estudio. Aunque la nueva investigación puede afectar cómo algunosse evalúan hallazgos recientes, eso no significa que la herramienta no sea útil en general.
herramienta de grabación de roca
"No estamos tratando de revolucionar la forma en que se ve la herramienta", dijo Yuanzhi Tang, quien codirigió el estudio. "Se trata de comprender sus posibles limitaciones para hacer un uso exigente de la misma en casos particulares".
Tang y Reinhard, ambos profesores asistentes de biogeoquímica en la Facultad de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech, publicaron los resultados de su equipo en un estudio el 17 de noviembre de 2017, en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Su trabajo fue financiado por el Instituto de Astrobiología de la NASA, el programa de Exobiología de la NASA y el Instituto Agouron.
"A nivel global, el sistema de isótopos de cromo sigue siendo un gran indicador de los niveles de oxígeno atmosférico a través de las edades", dijo Tang. "El problema que expusimos en el laboratorio es más local con muestras aisladas, especialmente durante las eras cuando no había'mucho oxígeno atmosférico "
ligandos saltando
Sin una presencia dominante de oxígeno, los ligandos probablemente constituyeron un gran sustituto reactivo, como demostraron los investigadores en las reacciones con el cromo. Al igual que el oxígeno, los ligandos atraen fuertemente pares de electrones, que es lo que los caracteriza como un grupo químico.
Y al igual que las reacciones con oxígeno, las reacciones con ligandos permiten que metales como el cromo se muevan más fácilmente en el mundo. En este caso, los investigadores estaban interesados en ligandos orgánicos, ligandos que contienen carbono.
Eran más aptos para igualar el efecto de movilidad del oxígeno sobre el cromo que lo hizo terminar como las señales en la roca sedimentaria que los científicos, hoy, buscan como un signo de oxígeno atmosférico antiguo.
Esto es más o menos cómo funciona el sistema de isótopos de cromo, seguido de cómo los ligandos orgánicos podrían generar falsos positivos.
montaña rusa de cromo
La Tierra es un enorme laboratorio químico que realiza reacciones en condiciones que varían desde el frío ártico hasta el calor volcánico, y desde la profundidad del océano hasta la atmósfera superior sin presión. Los vientos y las olas barren alrededor de materiales como cintas transportadoras turbulentas, depositando algunos en sedimentos que luegoconvertirse en piedra.
El boleto de cromo para la montaña rusa en roca sedimentaria generalmente era un agente oxidante que lo hacía más soluble y mejor capaz de flotar, y el oxígeno atmosférico era un oxidante ideal. La reacción química, que se puede encontrar en el estudio e involucró óxido de manganesoentregar oxígenos al cromo, sería un poco como agregar pontones a los compuestos de cromo.
Durante miles de millones de años, la atmósfera de la Tierra estuvo casi desprovista de O2, pero después de que el oxígeno comenzó a aumentar, especialmente en los últimos 800 millones de años, se convirtió en el oxidante dominante. Y las características de los depósitos de cromo en las capas antiguas de roca se convirtieron en un gran indicador decuánto O2 había en la atmósfera.
Hoy, los investigadores analizan muestras de capas profundas de roca para determinar la relación entre dos isótopos de cromo, 52Cr, con mucho el isótopo de Cr más común, y 53Cr, para obtener una lectura sobre la presencia de oxígeno en las eras geológicas.
"Se pulveriza la roca; se disuelve con ácido, y luego se mide la proporción de 53Cr a 52Cr en el material mediante espectrometría de masas", dijo Reinhard. "Es la proporción lo que importa, y será controlada poruna variedad de procesos complejos, pero en términos generales, la elevación de 53Cr en la roca sedimentaria del océano tiende a indicar oxígeno en la atmósfera ".
Por cierto, estos isótopos de Cr son estables y no sufren descomposición radiactiva, por lo tanto, el sistema no funciona de la misma manera que la datación por radiocarbono, que se basa en la descomposición del carbono 14.
impostor químico
En el laboratorio, con una pequeña variedad de ligandos orgánicos, el grupo de Tang demostró que las reacciones de cromo con ligandos condujeron a señales de 53Cr / 52Cr que imitaban de cerca las derivadas de las reacciones de oxígeno-cromo.
"Los ligandos también tienen la capacidad de movilizar el cromo", dijo Tang. "De hecho, los ligandos podrían ser un factor significativo en el control de las señales de isótopos de cromo en ciertos registros de rocas".
Los ligandos orgánicos probablemente existían mucho antes de que la atmósfera de la Tierra se llenara de O2. Y hoy, cientos de millones de años después de que ocurrieron las reacciones, es básicamente imposible saber si el oxígeno o los ligandos estaban funcionando.
Pequeñas discrepancias
Si no se tiene en cuenta, las reacciones de ligando pueden distorsionar pequeños detalles en los registros de rocas sobre el oxígeno atmosférico, y es posible que ya lo hayan hecho.
Al igual que los paleontólogos, que catalogan huesos de animales antiguos y otros fósiles, los geólogos mantienen archivos de roca masivos y digitalizados que estudian para aprender más sobre la antigua historia geológica de la Tierra. Los científicos comenzaron a analizar muestras físicas de ellos con el sistema de isótopos Cr alrededor de 2009 y agregaronlos resultados a los registros
"Desde entonces, han aparecido algunas discrepancias", dijo Reinhard. "Las capas de suelo antiguas mostraban evidencia de oxígeno cuando probablemente no debería haber estado allí. Otras muestras del mismo período no mostraban esa señal".
Pero algunos investigadores confrontados con extrañas señales de Cr han pensado que tal vez se habían topado con un hallazgo radical, y desarrollaron explicaciones de cómo el O2 pudo haber sido sorprendentemente abundante en el lugar solitario donde se formó una capa de roca en particular, mientras que el oxígeno molecular escaseabael resto del mundo. Otros desconcertaron que los niveles atmosféricos de O2 pueden haber aumentado mucho antes de lo que indican pruebas abrumadoramente amplias.
"Mucho de eso podría atribuirse a otros procesos químicos y no a interacciones con el oxígeno", dijo Reinhard.
El estudio puede servir como una historia de advertencia sobre cómo ver los datos de isótopos Cr, especialmente cuando saltan de la página.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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