Un nuevo estudio sugiere que el enfriamiento rápido dentro del manto de la Tierra a través de la tectónica de placas jugó un papel importante en el desarrollo de las primeras formas de vida. lo que a su vez condujo a la oxigenación de la atmósfera terrestre. El estudio fue publicado en la edición de marzo de 2018 de Cartas de ciencia terrestre y planetaria .

Científicos de la Universidad de Adelaide y la Universidad Curtin en Australia, y la Universidad de California en Riverside, California, ESTADOS UNIDOS, recopiló y analizó datos sobre rocas ígneas de repositorios de datos geológicos y geoquímicos en Australia, Canadá, Nueva Zelanda, Suecia y Estados Unidos. Descubrieron que durante los 4.500 millones de años de desarrollo de la Tierra, rocas ricas en fósforo acumuladas en la corteza terrestre. Luego analizaron la relación de esta acumulación con la del oxígeno en la atmósfera.

El fósforo es esencial para la vida tal como la conocemos. Fosfatos que son compuestos que contienen fósforo y oxígeno, son parte de la columna vertebral del ADN y el ARN, así como de las membranas de las células, y ayudan a controlar el crecimiento y la función de las células.

Para averiguar cómo ha aumentado el nivel de fósforo en la corteza terrestre con el tiempo, los científicos estudiaron cómo se formaba la roca a medida que se enfriaba el manto de la Tierra. Realizaron modelos para descubrir cómo las rocas derivadas del manto cambiaban su composición como consecuencia del enfriamiento a largo plazo del manto.

Sus resultados sugieren que durante una etapa temprana, período más caliente en la historia de la Tierra - el período arqueo entre cuatro y 2.5 mil millones de años - hubo una mayor cantidad de manto fundido. El fósforo habría estado demasiado diluido en estas rocas. Sin embargo, tiempo extraordinario, la Tierra se enfrió lo suficiente, ayudado por la aparición de la tectónica de placas, en el que la corteza exterior más fría del planeta se somete de nuevo al manto caliente. Con este enfriamiento, los derretimientos parciales del manto se hicieron más pequeños.

Como dice el Dr. Grant Cox, un científico de la tierra en la Universidad de Adelaide y coautor del estudio, explica, el resultado es que "el fósforo se concentrará en pequeños porcentajes de fusión, para que se enfríe el manto, la cantidad de masa fundida que extrae es menor, pero esa masa fundida tendrá concentraciones más altas de fósforo ".

El papel del fósforo en la oxidación de la Tierra

El fósforo se concentró y cristalizó en un mineral llamado apatita, que se convirtió en parte de las rocas ígneas que se crearon a partir del manto enfriado. Finalmente, estas rocas alcanzaron la superficie de la Tierra y formaron una gran proporción de la corteza. Cuando los minerales de fósforo derivados de la corteza se mezclan con el agua en los lagos, ríos y océanos, la apatita se descompuso en fosfatos, que se hizo disponible para el desarrollo y la nutrición de la vida primitiva.

Los científicos estimaron la mezcla de elementos de la corteza terrestre con agua de mar a lo largo del tiempo. Descubrieron que los niveles más altos de elementos bio-esenciales son paralelos a importantes aumentos en la oxigenación de la atmósfera de la Tierra:el Gran Evento de Oxidación (GOE) hace 2.400 millones de años, y el evento de oxígeno neoproterozoico, Hace 800 millones de años, después de lo cual se supuso que los niveles de oxígeno eran lo suficientemente altos como para mantener la vida multicelular.

Incluso antes del GOE, desde hace aproximadamente 3,5 a 2,5 mil millones de años, algunas de las formas de vida más tempranas posiblemente generaron oxígeno a través de la fotosíntesis. Sin embargo, durante ese tiempo, la mayor parte de este oxígeno reaccionó con hierro y azufre en rocas ígneas. Para comprender cómo estas reacciones afectaron los niveles de oxígeno en la atmósfera durante un período de cuatro mil millones de años, los científicos midieron las cantidades de azufre y hierro en rocas ígneas, y averiguó cuánto oxígeno había reaccionado. Compararon todos estos eventos con cambios en los niveles de oxígeno atmosférico. Los científicos descubrieron que las disminuciones de azufre y hierro junto con aumentos de fósforo fueron paralelas al Gran Evento de Oxidación y al Evento de Oxígeno Neoproterozoico.

Una explosión de vida

Todos estos eventos apoyan un escenario en el que el enfriamiento del manto de la Tierra llevó al aumento de rocas ricas en fósforo en la corteza terrestre. Estas rocas luego se mezclaron con los océanos, donde los minerales que contienen fósforo se descomponen y se filtran al agua. Una vez que los niveles de fósforo en el agua de mar fueron lo suficientemente altos, las formas de vida primitivas prosperaron y su número aumentó, para que pudieran generar suficiente oxígeno para que la mayor parte llegara a la atmósfera. El oxígeno alcanzó niveles suficientes para mantener la vida multicelular.

Dr. Peter Cawood, un geólogo de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, comenta a la revista Astrobiology que, "Es intrigante pensar que el [oxígeno] del que dependemos para la vida debe su origen último a la disminución secular de la temperatura del manto, que se cree que han disminuido de 1, 550 grados Celsius hace unos tres mil millones de años a alrededor de 1, 350 grados centígrados hoy ".

¿Podría estar ocurriendo un escenario similar en una posible exo-Tierra? Con los descubrimientos de Kepler de un número creciente de planetas posiblemente similares a la Tierra, ¿Podría alguno de estos mantener la vida? Cawood sugiere que el hallazgo es potencialmente significativo para el desarrollo de vida aeróbica (es decir, vida que evoluciona en un ambiente rico en oxígeno) en exoplanetas. "Esto siempre que [el fósforo] dentro de las rocas ígneas en la superficie del planeta esté sufriendo meteorización para asegurar su biodisponibilidad, "dice Cawood." Significativamente, el contenido de fósforo de las rocas ígneas es más alto en aquellas rocas bajas en sílice [rocas formadas por enfriamiento rápido] y rocas de esta composición dominan las cortezas de Venus y Marte y probablemente también en exoplanetas ".

Cox concluye diciendo que, "Esta relación [entre el aumento de los niveles de oxígeno y el enfriamiento del manto] tiene implicaciones para cualquier planeta terrestre. Todos los planetas se enfriarán, y aquellos con convección tectónica de placas eficiente se enfriarán más rápidamente. Nos queda la conclusión de que la velocidad de tal enfriamiento puede afectar la tasa y el patrón de evolución biológica en cualquier planeta potencialmente habitable ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.