Repensar de dónde proviene el oxígeno de la Tierra
La historia de libro de texto sobre el oxígeno de la Tierra se centra en los microbios. Hace miles de millones de años, las cianobacterias fotosintéticas comenzaron a liberar oxígeno, transformando finalmente la atmósfera en lo que los científicos llaman el Gran Evento de Oxidación. Un nuevo estudio sugiere que el interior del planeta puede haber desempeñado un papel de apoyo al mostrar que el magma profundo puede almacenar mucho más oxígeno extra de lo que los científicos suponían.
Los experimentos, publicados en National Science Review, encontraron que el magma basáltico bajo presión aplastante puede absorber un exceso de oxígeno que excede el 5% de su peso. Los investigadores proponen que el oxígeno transportado por el magma podría haber contribuido al oxígeno de la atmósfera cuando entró en erupción.
Los autores son explícitos sobre los límites. El estudio muestra capacidad, no historia. “Esto no establece que la actividad volcánica en realidad haya suministrado tanto oxígeno atmosférico”, escribieron, según ScienceDaily.
Trituración de basalto en el laboratorio
El equipo fue dirigido por Yanhao Lin y Ho-kwang Mao del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión en China, en colaboración con Haiyang Niu de la Universidad Politécnica Northwestern y Wim van Westrenen de la Vrije Universiteit Amsterdam.
Comenzaron con una versión sintética de basalto de dorsales oceánicas, la roca volcánica más común en la Tierra. Utilizando prensas grandes, calentaron muestras a entre 1.200 y 1.800 grados Celsius, o alrededor de 2.200 a 3.300 grados Fahrenheit. Los exprimieron a presiones de hasta 7 gigapascales, aproximadamente 69.000 veces la presión del aire al nivel del mar y comparables a condiciones muy por debajo de la superficie de la Tierra.
Para crear un ambiente rico en oxígeno, agregaron óxido de platino. Luego enfriaron rápidamente las muestras fundidas hasta convertirlas en vidrio, congelándolas en el oxígeno que la masa fundida había absorbido.
Los resultados dependieron en gran medida de la presión. A presión atmosférica normal, el exceso de oxígeno era casi nulo. A 7 gigapascales con óxido de platino, superó el 5% del peso de la muestra. Sin la fuente de oxígeno añadida, los experimentos todavía produjeron entre un 0,2% y un 0,5% de exceso de oxígeno en peso.
La espectroscopia Raman basada en láser no encontró signos de burbujas de gas de oxígeno atrapadas. Eso sugiere que el oxígeno adicional se incorporó a la propia estructura de vidrio. Las simulaciones por computadora utilizando modelos de redes neuronales reprodujeron la misma tendencia de presión, aunque con concentraciones más bajas, y mostraron que algunos átomos de oxígeno formaban enlaces similares a los de peróxido.
Los investigadores notaron que las concentraciones medidas pueden incluso subestimar la verdadera capacidad del magma, porque es posible que algo de oxígeno haya escapado durante el enfriamiento.
Un posible vínculo con el gran evento de oxidación
El oxígeno atmosférico aumentó bruscamente hace aproximadamente 2.500 y 2.000 millones de años, un período a menudo llamado el Gran Evento de Oxidación. Ese mismo intervalo vio la formación de algunos de los mayores derrames volcánicos de la Tierra, conocidos como grandes provincias ígneas, que esparcieron enormes volúmenes de lava por la superficie.
Los autores sugieren que el oxígeno liberado por tales sistemas volcánicos puede haber contribuido a ese aumento. Una estimación preliminar sugiere que un exceso de oxígeno equivalente a sólo el 0,27% del peso del magma en erupción podría, en teoría, igualar la cantidad de oxígeno que hay en la atmósfera actual.
Esa cifra teórica es una medida de escala, no una reconstrucción de la historia. Muestra que el interior podría importar si los magmas naturales realmente transportaran y liberaran oxígeno de esta manera. Si lo hicieron es una pregunta aparte que el estudio no responde.
Verificación de evidencia: capacidad versus historia
El tipo de estudio importa: se trata de experimentos de laboratorio y simulaciones en condiciones controladas, utilizando basalto sintético y una fuente adicional de oxígeno. Los magmas naturales se forman en entornos más complejos y aún se desconoce cuánto oxígeno transportan. Los propios autores dicen que se necesita más investigación para establecerlo.
El hallazgo no anula la historia biológica. Los microbios fotosintéticos siguen siendo la fuente principal establecida de oxígeno de la Tierra, y los geólogos han debatido durante mucho tiempo cómo la química volcánica y del manto influyó en el momento en que se podía acumular el oxígeno. El nuevo trabajo añade un posible mecanismo a ese debate en lugar de reemplazar el papel de la vida.
También hay un viejo enigma que la idea podría ayudar a resolver. Las cianobacterias parecen haber desarrollado una fotosíntesis productora de oxígeno cientos de millones de años antes de que el oxígeno se acumulara en el aire, informó Universe Today, y los científicos han propuesto muchas explicaciones para ese retraso. Los cambios en lo que liberan los volcanes y el manto, incluidos los gases que consumen oxígeno, han sido parte de ese debate durante mucho tiempo. Un magma que transporte oxígeno adicional agregaría otra variable a esos modelos.
La dependencia de la presión es lo que hace que el resultado sea interesante para las profundidades de la Tierra. En la superficie, el magma casi no contenía exceso de oxígeno. Sólo a profundidades equivalentes a varios gigapascales el efecto se hizo grande, lo que sugiere que la capacidad del magma para transportar oxígeno depende de dónde se forma y con qué rapidez asciende.
La investigación también tiene implicaciones más allá de la Tierra primitiva. Los científicos que buscan vida en otros mundos suelen tratar el oxígeno atmosférico como un posible signo de biología. Si los procesos geológicos también pueden contribuir con oxígeno, los investigadores tendrían que descartar fuentes volcánicas antes de tratar el oxígeno en un exoplaneta como evidencia de vida.
Los próximos pasos incluirían medir el exceso de oxígeno en rocas volcánicas naturales, especialmente las antiguas, y probar otras composiciones de magma. Los investigadores también necesitarían modelar cuánto oxígeno sobrevive al viaje a la superficie, ya que el magma ascendente pierde presión y reacciona con las rocas circundantes a lo largo del camino. Esos estudios mostrarían si la capacidad observada en el laboratorio se tradujo en contribuciones reales a lo largo de la historia de la Tierra.
La conclusión es que el magma profundo puede contener cantidades sorprendentes de oxígeno adicional bajo alta presión, lo que plantea la posibilidad de que el interior de la Tierra haya contribuido a dar forma a su atmósfera. Por ahora, los experimentos muestran lo que podrían haber hecho los volcanes, no lo que hicieron.
Lo que los lectores quieren saber
¿Qué encontró el estudio? El magma basáltico sometido a alta presión en el laboratorio absorbió un exceso de oxígeno que superaba el 5% de su peso.
¿Cómo se hicieron los experimentos? Los investigadores calentaron basalto sintético entre 1.200 y 1.800 grados Celsius a presiones de hasta 7 gigapascales y luego lo enfriaron rápidamente hasta convertirlo en vidrio.
¿Los volcanes crearon el oxígeno de la Tierra? No. Los microbios siguen siendo la fuente principal. El estudio sugiere que el magma pudo haber desempeñado un papel de apoyo, pero no lo prueba.
¿Qué es el Gran Evento de Oxidación? Un fuerte aumento del oxígeno atmosférico hace aproximadamente entre 2.500 y 2.000 millones de años.
¿Cuánto importaría el oxígeno del magma? Una estimación preliminar sugiere que un exceso de oxígeno equivalente al 0,27% del peso del magma en erupción podría, en teoría, igualar el oxígeno atmosférico actual.
¿Por qué es importante esto para encontrar vida extraterrestre? Si la geología puede producir oxígeno, los científicos deben descartar las fuentes volcánicas antes de tratar el oxígeno en otros planetas como un signo de vida.
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