Para los investigadores que buscan la historia primordial del oxígeno en la atmósfera de la Tierra, un nuevo estudio podría amargar algo de "¡Eureka!" momentos. Una herramienta contemporánea utilizada para rastrear el oxígeno mediante el examen de estratos rocosos antiguos puede producir falsos positivos, según el estudio, y los resultados descarriados pueden enmascararse como descubrimientos estimulantes.

Las moléculas comunes llamadas ligandos pueden sesgar los resultados de un popular trazador químico llamado sistema de isótopos de cromo (Cr). que se utiliza para probar capas de rocas sedimentarias en busca de pistas sobre los niveles de oxígeno atmosférico durante la época en que se formó la roca. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han 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 se podrían haber generado señales mensurables 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 la forma en que se evalúan algunos hallazgos recientes, eso no significa que la herramienta no sea útil en general.

Herramienta de registro de rocas

"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 perspicaz de él en casos particulares".

Tang y Reinhard, ambos profesores asistentes de biogeoquímica en la Escuela de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech, publicó los resultados de su equipo en un estudio el 17 de noviembre, 2017, en el diario 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 mundial, el sistema de isótopos de cromo sigue siendo un gran indicador de los niveles de oxígeno atmosférico a lo largo de los siglos, ", Dijo Tang." El problema que exponemos en el laboratorio es más local con muestras aisladas, especialmente durante las épocas en las que no había mucho oxígeno atmosférico ".

Saltar ligandos

Sin una presencia dominante de oxígeno, los ligandos probablemente fueron un gran sustituto reactivo, como demostraron los investigadores en reacciones con el cromo. Como el oxigeno los ligandos atraen fuertemente pares de electrones, que es lo que los caracteriza como grupo químico.

Y como reacciones con el oxigeno, 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 en el cromo que hizo que terminara como las señales en la roca sedimentaria que los científicos, hoy dia, busque como un signo de oxígeno atmosférico antiguo.

Así es aproximadamente como funciona el sistema de isótopos de cromo:seguido de cómo los ligandos orgánicos podrían producir 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 las aplastantes profundidades del océano hasta las atmósferas superiores sin presión. Los vientos y las olas barren materiales como cintas transportadoras turbulentas, depositando algunos en sedimentos que luego se convierten en piedra.

El boleto de Chromium para el viaje en montaña rusa hacia la roca sedimentaria generalmente era un agente oxidante que lo hacía más soluble y más capaz de flotar. y el oxígeno atmosférico era un oxidante ideal. La reacción química que se puede encontrar en el estudio e implicaba que el óxido de manganeso entregaba oxígenos al cromo, sería un poco como añadir pontones a los compuestos de cromo.

Durante miles de millones de años, La atmósfera de la Tierra estaba 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 antiguas capas de rocas se convirtieron en un gran indicador de la cantidad de O2 en la atmósfera.

Hoy dia, Los investigadores prueban muestras de capas de rocas profundas para determinar la relación entre dos isótopos de cromo, 52Cr, con mucho, el isótopo Cr más común, y 53Cr, para obtener una lectura sobre la presencia de oxígeno a lo largo de las eras geológicas.

"Se empolva la roca, se disuelve con ácido, y luego mide la relación de 53Cr a 52Cr en el material usando espectrometría de masas, "Dijo Reinhard." Lo que importa es la proporción, y estará controlado por una serie de procesos complejos, pero en general, 53Cr elevado en la roca sedimentaria del océano tiende a indicar oxígeno en la atmósfera ".

Por cierto, estos isótopos de Cr son estables y no sufren desintegración radiactiva, por lo tanto, el sistema no funciona como lo hace la datación por radiocarbono, que se basa en la desintegración del carbono 14.

Impostor químico

En el laboratorio, con una pequeña variedad de ligandos orgánicos, El grupo de Tang demostró que las reacciones del cromo con ligandos conducían a señales de 53Cr / 52Cr que imitaban de cerca las que se derivan de las reacciones de oxígeno y cromo.

"Los ligandos también tienen la capacidad de movilizar el cromo, "Tang dijo." 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 ocurrieran las reacciones, es básicamente imposible averiguar si el oxígeno o los ligandos estaban funcionando.

Pequeñas discrepancias

Si no se contabiliza, Las reacciones de ligandos pueden distorsionar pequeños detalles en los registros de rocas sobre el oxígeno atmosférico, y es posible que ya lo hayan hecho.

Como paleontólogos, que catalogan huesos de animales antiguos y otros fósiles, los geólogos se mantienen masivos, archivos de roca digitalizados que estudian para aprender más sobre la historia geológica antigua de la Tierra. Los científicos comenzaron a probar muestras físicas de ellos con el sistema de isótopos Cr alrededor de 2009 y agregaron los resultados a los registros.

"Desde entonces, han aparecido algunas discrepancias, "Dijo Reinhard." Las capas de suelo antiguo mostraban evidencia de oxígeno cuando probablemente no debería haber estado allí. Otras muestras del mismo período no mostraban esa señal ".

Pero algunos investigadores enfrentados con extrañas señales de Cr han pensado que tal vez se habían topado con un hallazgo radical, y desarrollaron explicaciones de cómo el O2 puede haber sido sorprendentemente abundante en el lugar solitario donde se formó una capa de roca en particular, mientras que el oxígeno molecular era escaso en el resto del mundo. Otros estaban desconcertados de que los niveles de O2 atmosférico pudieran haber aumentado mucho antes de lo que indica una evidencia abrumadoramente amplia.

"Mucho de eso podría atribuirse a otros procesos químicos y no a interacciones con el oxígeno, "Dijo Reinhard.

El estudio puede servir como advertencia sobre cómo ver los datos de isótopos de Cr, especialmente cuando saltan de la página.