Petrólogos de la Universidad de Rice que recrearon Las condiciones de alta presión desde 60 millas por debajo de la superficie de la Tierra han encontrado una nueva pista sobre un evento crucial en el pasado profundo del planeta.

Su estudio describe cómo el carbono fosilizado, los restos de las primeras criaturas unicelulares de la Tierra, podrían haber sido subsumidos y encerrados en las profundidades del interior de la Tierra a partir de hace unos 2.400 millones de años, una época en la que el oxígeno atmosférico aumentó drásticamente. El artículo aparece en línea esta semana en la revista. Naturaleza Geociencia .

"Es un concepto interesante, pero para que evolucione la vida compleja, la forma de vida más antigua necesitaba estar profundamente enterrada en el manto del planeta, "dijo Rajdeep Dasgupta, profesor de Ciencias de la Tierra en Rice. "El mecanismo para ese entierro tiene dos partes. Primero, necesitas alguna forma de tectónica de placas, un mecanismo para transportar los restos de carbono de las formas de vida tempranas de regreso a la Tierra. Segundo, se necesita la geoquímica correcta para que el carbono orgánico pueda ser transportado profundamente al interior de la Tierra y, por lo tanto, eliminado del medio ambiente de la superficie durante mucho tiempo ".

Lo que está en juego es qué causó el "gran evento de oxidación, "un fuerte aumento en el oxígeno atmosférico que está bien documentado en innumerables rocas antiguas. El evento es tan conocido por los geólogos que a menudo se refieren a él simplemente como el" GOE ". Pero a pesar de esta familiaridad, no hay consenso científico sobre qué causó el GOE. Por ejemplo, los científicos conocen la vida más antigua conocida de la Tierra, cianobacterias unicelulares, extrajo dióxido de carbono de la atmósfera y liberó oxígeno. Pero la aparición de la vida temprana se ha ido desplazando cada vez más hacia el pasado con los recientes descubrimientos de fósiles, y los científicos ahora saben que las cianobacterias prevalecían al menos 500 millones de años antes del GOE.

"Las cianobacterias pueden haber jugado un papel, pero el GOE fue tan dramático:la concentración de oxígeno aumentó hasta en 10, 000 veces, que las cianobacterias por sí mismas no podrían explicarlo, "dijo la coautora principal, Megan Duncan, quien realizó la investigación para su Ph.D. disertación en Rice. "También tiene que haber un mecanismo para eliminar una cantidad significativa de carbono reducido de la biosfera, y así cambiar la concentración relativa de oxígeno dentro del sistema, " ella dijo.

Eliminar el carbono sin eliminar el oxígeno requiere circunstancias especiales porque los dos elementos tienden a unirse entre sí. Forman uno de los componentes clave de la atmósfera, el dióxido de carbono, así como todos los tipos de rocas carbonatadas.

Dasgupta y Duncan descubrieron que la composición química de la "fusión de silicatos", la subducción de la roca de la corteza que se derrite y se eleva a la superficie a través de erupciones volcánicas, juega un papel crucial para determinar si el carbono orgánico fosilizado, o grafito, se hunde en el manto o vuelve a la superficie a través del vulcanismo.

Duncan, ahora un científico investigador en la Carnegie Institution en Washington, CORRIENTE CONTINUA., dijo que el estudio es el primero en examinar la capacidad de carga de grafito de un tipo de masa fundida conocida como riolita, que se produce comúnmente en las profundidades del manto y transporta cantidades significativas de carbono a los volcanes. Ella dijo que la capacidad de transporte de grafito de la roca riolítica es crucial porque si el grafito es propenso a regresar a la superficie a través de la extracción de fundido riolítico, no habría sido enterrado en cantidades suficientes para dar cuenta del GOE.

"La composición de silicato juega un papel importante, ", dijo." Los científicos han analizado previamente las capacidades de transporte de carbono en composiciones que eran mucho más ricas en magnesio y pobres en silicio. Pero las composiciones de estos fundidos riolíticos son ricas en silicio y aluminio y tienen muy poco calcio, magnesio y hierro. Eso importa porque el calcio y el magnesio son cationes, y cambian la cantidad de carbono que puedes disolver ".

Dasgupta y Duncan descubrieron que los derretimientos riolíticos podían disolver muy poco grafito, incluso cuando hace mucho calor.

"Esa fue una de nuestras motivaciones, "dijo Dasgupta, profesor de Ciencias de la Tierra. "Si las zonas de subducción en el pasado eran muy calientes y producían una cantidad sustancial de fusión, ¿Podrían desestabilizar completamente el carbono orgánico y devolverlo a la superficie?

"Lo que mostramos fue que incluso en temperaturas muy altas, no mucho de este carbono grafítico se disuelve en la masa fundida, ", dijo." Así que, aunque la temperatura es alta y se produce mucha masa fundida, este carbono orgánico no es muy soluble en esa masa fundida, y el carbono queda enterrado en el manto como resultado.

"Lo bueno es que con el inicio y el ritmo esperado del entierro de la corteza en el manto profundo que comienza justo antes del GOE, y con nuestros datos experimentales sobre la eficiencia del enterramiento profundo de carbono reducido, podríamos modelar el aumento esperado de oxígeno atmosférico en el GOE, "Dijo Dasgupta.

La investigación respalda los hallazgos de un artículo de 2016 del compañero petrólogo de Rice, Cin-Ty Lee y sus colegas, que sugirió que la tectónica de placas, La formación de continentes y la aparición de la vida temprana fueron factores clave en el desarrollo de una atmósfera rica en oxígeno en la Tierra.

Duncan, que se centra cada vez más en los sistemas exoplanetarios, dijo que la investigación podría proporcionar pistas importantes sobre lo que los científicos deberían buscar al evaluar qué exoplanetas podrían sustentar la vida.