Esta roca de ojo de tigre BIF (formación de hierro en bandas) muestra capas de hierro que se asentaron como compuestos a partir de la solución oceánica. Antes de que el oxígeno se volviera más abundante, los océanos probablemente estaban llenos de hierro que podría haber producido óxido nitroso que entró en la atmósfera primitiva de la Tierra para mantenerla caliente. Crédito:Georgia Tech / Allison Carter
Hace más de un eón el sol brillaba más tenue que hoy, pero la Tierra se mantuvo caliente debido a un fuerte efecto de gases de efecto invernadero, La teoría de las geociencias se sostiene. El astrónomo Carl Sagan acuñó esto "la Paradoja del Sol Joven y Débil, "y durante décadas, Los investigadores han buscado el equilibrio adecuado de gases atmosféricos que podría haber mantenido acogedora la Tierra primitiva.
Un nuevo estudio dirigido por el Instituto de Tecnología de Georgia sugiere que el óxido nitroso, conocido por su uso como gas hilarante sedante dental, puede haber jugado un papel importante.
El equipo de investigación llevó a cabo experimentos y modelado por computadora atmosférica que sustentaron en detalle una hipótesis existente sobre la presencia de óxido nitroso (N2O), un potente gas de efecto invernadero, en la atmósfera antigua. La investigación establecida ya ha señalado altos niveles de dióxido de carbono y metano, pero es posible que no hayan sido lo suficientemente abundantes como para mantener el globo lo suficientemente caliente sin la ayuda del N2O.
Jennifer Glass, un profesor asistente en Georgia Tech, y Chloe Stanton, anteriormente asistente de investigación de pregrado en el laboratorio de vidrio en Georgia Tech, publicó el estudio en la revista Geobiología la semana del 20 de agosto, 2018. Su trabajo fue financiado por el Instituto de Astrobiología de la NASA. Stanton es ahora asistente de investigación graduado en la Universidad Estatal de Pensilvania.
Jennifer Glass en su laboratorio en Georgia Tech. Ella sostiene una piedra de hierro estromatolítica, que se formó mientras el hierro se oxidaba y dejaba las aguas del océano. Y hace eon el hierro del océano era alto y podría haber ayudado a crear óxido nitroso que pudo haber mantenido caliente la Tierra primitiva. Crédito:Georgia Tech / Allison Carter
No 'mil millones aburridos'
El estudio se centró en la mitad del Eón Proterozoico, hace más de mil millones de años. La proliferación de vida compleja todavía estaba a unos cientos de millones de años, y el ritmo de la evolución de nuestro planeta probablemente pareció engañosamente lento.
"La gente en nuestro campo a menudo se refiere a este capítulo intermedio de la historia de la Tierra hace aproximadamente 1.800 a 0.800 millones de años como los 'mil millones aburridos' porque clásicamente pensamos en él como un período muy estable, "dijo Stanton, el primer autor del estudio. "Pero hubo muchos procesos importantes que afectaron la química oceánica y atmosférica durante este tiempo".
La química en el océano Proterozoico medio estuvo fuertemente influenciada por el abundante hierro ferroso soluble (Fe2 +) en aguas profundas libres de oxígeno.
Este fondo marino elevado es rojo como el óxido. A medida que el oxígeno se acumula en las aguas, hierro oxidado de la solución. Cuando era abundante en el océano, el poderoso reactivo químico que podría haber facilitado la producción de N2O (gas de la risa). Formaciones de hierro con bandas del Parque Nacional Karijini, Australia. Crédito:Georgia Tech / Jennifer Glass
Llave de hierro antigua
"La química del océano era completamente diferente en ese entonces, "dijo Glass, investigador principal del estudio. "Los océanos de hoy están bien oxigenados, de modo que el hierro se oxida rápidamente y se cae de la solución. El oxígeno era bajo en los océanos proterozoicos, así que se llenaron de hierro ferroso, que es muy reactivo ".
En experimentos de laboratorio, Stanton descubrió que el Fe2 + en el agua de mar reacciona rápidamente con las moléculas de nitrógeno, especialmente óxido nítrico, para producir óxido nitroso en un proceso llamado quimiodenitrificación. Este óxido nitroso (N2O) puede luego burbujear en la atmósfera.
Cuando Stanton conectó los flujos más altos de óxido nitroso en el modelo atmosférico, Los resultados mostraron que el óxido nitroso podría haber alcanzado diez veces los niveles actuales si las concentraciones de oxígeno del Proterozoico medio fueran el 10 por ciento de las actuales. Este óxido nitroso más alto habría proporcionado un impulso adicional al calentamiento global bajo el débil sol joven.
Respirar gas de la risa
El óxido nitroso también podría haber sido lo que respiraba alguna vida antigua.
Incluso hoy, algunos microbios pueden respirar óxido nitroso cuando el oxígeno es bajo. Existen muchas similitudes entre las enzimas que usan los microbios para respirar óxidos nítricos y nitrosos y las enzimas que se usan para respirar oxígeno. Estudios anteriores han sugerido que este último evolucionó a partir de los dos primeros.
El modelo de Georgia Tech proporciona una fuente abundante de óxido nitroso en antiguos mares ricos en hierro para este escenario evolutivo. Y antes del Proterozoico, cuando el oxígeno era extremadamente bajo, Los primeros microbios acuáticos podrían haber estado respirando óxido nitroso.
"Es muy posible que la vida estuviera respirando gas hilarante mucho antes de que comenzara a respirar oxígeno, "Dijo Glass." La quimiodenitrificación podría haber proporcionado a los microbios una fuente constante ".
