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Parte del oxígeno que sostiene la vida en la Tierra pudo haber surgido de los volcanes

El oxígeno es un elemento indispensable para la vida en la Tierra y la convierte en un planeta habitable.

Un volcán en erupción. Se observa el cielo oscuro y una fuente de magma surgiendo de la boca de un volcán.

El 21 % de la atmósfera actual de la Tierra está formada por este elemento vital. Sin embargo, en el pasado profundo, en la era neoarqueana, hace entre 2,800 y 2,500 millones de años, este oxígeno casi no existía.

Una investigación publicada en Nature Geoscience, añade una nueva y tentadora posibilidad: que al menos parte del oxígeno primitivo de la Tierra procediera de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.

Para comprobar esta hipótesis, los investigadores recogieron muestras de rocas granitoides de entre 2,750 y 2,670 millones de años de toda la subprovincia Abitibi-Wawa de la Provincia Superior, el mayor continente Arcaico conservado, que se extiende a lo largo de 2,000 km desde Winnipeg (Manitoba) hasta el extremo oriental de Quebec en Canadá. Esto les permitió investigar el nivel de oxidación de los magmas generados a lo largo de la era Neoarcaica.

Medir el estado de oxidación de estas rocas magmáticas –formadas mediante el enfriamiento y la cristalización de magma o lava– es todo un reto, ya que los fenómenos posteriores a la cristalización pueden haber modificado estas rocas a través de deformaciones, enterramientos o calentamientos.

Así que los investigadores decidieron fijarse en el mineral apatita, presente en los cristales de circón de estas rocas. Los cristales de circón pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los acontecimientos posteriores a la cristalización. Conservan pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan edades precisas para las propias rocas.

“Estudiamos apatita que se formó en un sistema volcánico hace 2,700 millones de años, es decir, varios cientos de millones de años antes del Gran Evento de Oxidación (GOE)”, explicó a Metro Adam Charles Simon, Catedrático Arthur F. Thurnau de Ciencias de la Tierra y Medioambientales de la Universidad de Michigan y autor del estudio.

En los cristales de circón quedan atrapados pequeños cristales de apatita de menos de 30 micras de ancho, el tamaño de una célula de piel humana. Contienen azufre. Midiendo la cantidad de azufre en la apatita, se puede establecer si ésta creció a partir de un magma oxidado.

Los científicos pudieron medir con éxito la fugacidad de oxígeno del magma Arcaico original –que es esencialmente la cantidad de oxígeno libre en él– utilizando una técnica especializada llamada Espectroscopia de Absorción de Rayos X en Estructuras Cercanas al Borde (S-XANES) en el sincrotrón Advanced Photon Source del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois.

Descubrieron que el contenido de azufre del magma, que inicialmente era cercano a cero, aumentó hasta 2,000 partes por millón en torno a los 2,705 millones de años. Esto indicaba que los magmas se habían vuelto más ricos en azufre. Además, el predominio de S6+ –un tipo de ion sulfuro– en la apatita sugería que el azufre procedía de una fuente oxidada, lo que coincidía con los datos de los cristales de circón.

Estos nuevos hallazgos indican que se formaron magmas oxidados en la era Neoarquea hace 2,700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos oceánicos del Arcaico no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción. El oxígeno de estos magmas debió de proceder de otra fuente y, en última instancia, se liberó a la atmósfera durante las erupciones volcánicas, contribuyendo a la exageración del planeta.

Metro platicó con Adam Charles Simon para saber más sobre esta fascinante teoría.

3 preguntas a… Adam Charles Simon

Catedrático Arthur F. Thurnau de Ciencias de la Tierra y Medioambientales de la Universidad de Michigan y autor del estudio

EL investigador Adam Charles Simon aparece con manga larga, gafas oscuras y sosteniéndose las manos frente a un paisaje que incluye un lago y un volcán.

P: ¿Cómo se oxigenó la atmósfera terrestre?

–El paradigma existente es que las cianobacterias produjeron oxígeno por fotosíntesis. Existen pruebas fehacientes de este proceso en el registro geológico en forma de estromatolitos que vivieron en mares poco profundos (océanos) a partir de hace unos tres mil millones de años. Durante al menos mil millones de años, el oxígeno producido por los estromatolitos se habría eliminado rápidamente de los océanos por reacción con el hierro para producir minerales de óxido de hierro y también por microbios consumidores de oxígeno. Por tanto, poco de ese oxígeno habría llegado a la atmósfera. Algo drástico cambió hace unos 2.300 millones de años, cuando el nivel de oxígeno en los océanos cruzó un umbral y se transfirió una cantidad significativamente mayor de oxígeno a la atmósfera en lo que se denomina el Gran Evento de Oxidación (GOE). Las cianobacterias más antiguas eran formas de vida procariotas relativamente simples. Un modelo del GOE invoca la proliferación de una diversidad de cianobacterias multicelulares en torno a los 2.300 millones de años.

P: ¿Qué descubrimientos han obtenido con su estudio más reciente sobre la oxigenación de la Tierra?

–Nuestro estudio documenta la presencia de múltiples estados de oxidación del azufre en el mineral apatita que se formó en un sistema volcánico antes del GOE. Esto demuestra que los volcanes fueron capaces de añadir oxígeno a la atmósfera terrestre.

P: ¿Cuáles son las implicaciones de que el oxígeno primitivo de la Tierra procediera de una fuente tectónica?

El 21 % de la atmósfera actual de la Tierra  está formada por este elemento vital. Sin embargo, en el pasado profundo, en la era neoarqueana, hace entre 2,800 y 2,500 millones de años, este oxígeno casi no existía. millones de años y que el oxígeno pasaba de los océanos al manto terrestre y de nuevo a la atmósfera a través de los volcanes de las zonas de subducción. Todo esto es muy emocionante, ya que los resultados también sugieren que los depósitos minerales de cobre y oro se formaron mucho antes de lo que se pensaba en la historia de la Tierra.

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