Esta figura ilustra cómo el carbono inorgánico recorre el manto más rápidamente que el carbono orgánico, que contiene muy poco del isótopo carbono-13. Tanto el carbono inorgánico como el orgánico se atraen al manto de la Tierra en las zonas de subducción (arriba a la izquierda). Debido a diferentes comportamientos químicos, El carbono inorgánico tiende a regresar a través de erupciones en los volcanes de arco por encima de la zona de subducción (centro). El carbono orgánico sigue una ruta más larga, a medida que se hunde profundamente en el manto (abajo) y regresa a través de los volcanes de las islas oceánicas (derecha). Las diferencias en los tiempos de reciclaje, en combinación con un aumento del vulcanismo, puede explicar las firmas de carbono isotópicas de las rocas que están asociadas con el Gran Evento de Oxidación, hace unos 2.400 millones de años, y el evento de Lomagundi que siguió. Crédito:J. Eguchi / Universidad de California, Orilla
La atmósfera respirable de la Tierra es clave para la vida, y un nuevo estudio sugiere que la primera explosión de oxígeno fue agregada por una serie de erupciones volcánicas provocadas por la tectónica.
El estudio realizado por geocientíficos de la Universidad de Rice ofrece una nueva teoría para ayudar a explicar la aparición de concentraciones significativas de oxígeno en la atmósfera de la Tierra hace unos 2.500 millones de años. algo que los científicos llaman el Gran Evento de Oxidación (GOE). La investigación aparece esta semana en Naturaleza Geociencia .
"Lo que hace que esto sea único es que no solo trata de explicar el aumento de oxígeno, "dijo el autor principal del estudio, James Eguchi, becario postdoctoral de la NASA en la Universidad de California, Riverside, quien realizó el trabajo para su Ph.D. disertación en Rice. "También está tratando de explicar alguna geoquímica de superficie estrechamente asociada, un cambio en la composición de los isótopos de carbono, que se observa en el registro de rocas carbonatadas un tiempo relativamente corto después del evento de oxidación. Estamos tratando de explicar cada uno de ellos con un único mecanismo que involucra el interior profundo de la Tierra, tectónica y desgasificación mejorada del dióxido de carbono de los volcanes ".
Los coautores de Eguchi son Rajdeep Dasgupta, un geoquímico experimental y teórico y profesor en el Departamento de Tierra de Rice, Ciencias ambientales y planetarias, y Johnny Seales, un estudiante graduado de Rice que ayudó con los cálculos del modelo que validaron la nueva teoría.
Los científicos han señalado durante mucho tiempo a la fotosíntesis, un proceso que produce oxígeno residual, como una fuente probable de aumento de oxígeno durante el GOE. Dasgupta dijo que la nueva teoría no descarta el papel que los primeros organismos fotosintéticos, cianobacterias, jugado en el GOE.
"La mayoría de la gente piensa que el aumento de oxígeno está relacionado con las cianobacterias, y no se equivocan, ", dijo." La aparición de organismos fotosintéticos podría liberar oxígeno. Pero la pregunta más importante es si el momento de esa emergencia se alinea con el momento del Gran Evento de Oxidación. Como resulta, ellos no."
Las cianobacterias estaban vivas en la Tierra hasta 500 millones de años antes del GOE. Si bien se han ofrecido varias teorías para explicar por qué podría haber sido necesario tanto tiempo para que el oxígeno apareciera en la atmósfera, Dasgupta dijo que no tiene conocimiento de ninguno que haya intentado simultáneamente explicar un cambio marcado en la proporción de isótopos de carbono en minerales de carbonato que comenzó unos 100 millones de años después del GOE. Los geólogos se refieren a esto como el evento de Lomagundi, y duró varios cientos de millones de años.
Uno de cada cien átomos de carbono es el isótopo carbono-13, y los otros 99 son carbono-12. Esta proporción de 1 a 99 está bien documentada en los carbonatos que se formaron antes y después de Lomagundi, pero los formados durante el evento tienen aproximadamente un 10% más de carbono-13.
Eguchi dijo que durante mucho tiempo se ha considerado que la explosión de cianobacterias asociadas con el GOE desempeña un papel en Lomagundi.
"Las cianobacterias prefieren tomar carbono-12 en relación con carbono-13, ", dijo." Entonces, cuando comience a producir más carbono orgánico, o cianobacterias, entonces, el depósito del que se producen los carbonatos se agota en carbono-12 ".
Eguchi dijo que la gente intentó usar esto para explicar Lomagundi, pero el tiempo fue nuevamente un problema.
"Cuando miras el registro geológico, el aumento en la relación carbono-13-carbono-12 en realidad ocurre hasta decenas de millones de años después de que subió el oxígeno, ", dijo." Entonces se vuelve difícil explicar estos dos eventos a través de un cambio en la proporción de carbono orgánico a carbonato ".
El escenario Eguchi, Dasgupta y Seales llegaron para explicar todos estos factores es:
"Es una especie de gran proceso cíclico, ", Dijo Eguchi." Creemos que la cantidad de cianobacterias aumentó hace unos 2.400 millones de años. Entonces eso impulsaría nuestro aumento de oxígeno. Pero el aumento de cianobacterias se equilibra con el aumento de carbonatos. De modo que la relación carbono-12-carbono-13 no cambia hasta que tanto los carbonatos como el carbono orgánico, de cianobacterias, ser subducidos profundamente en la Tierra. Cuando lo hacen entra en juego la geoquímica, causando que estas dos formas de carbono residan en el manto durante diferentes períodos de tiempo. Los carbonatos se liberan mucho más fácilmente en los magmas y vuelven a la superficie en un período muy corto. Lomagundi comienza cuando el primer carbono enriquecido en carbono 13 de los carbonatos regresa a la superficie, y termina cuando el carbono orgánico enriquecido con carbono 12 regresa mucho más tarde, reequilibrar la proporción ".
Eguchi dijo que el estudio enfatiza la importancia del papel que los procesos terrestres profundos pueden jugar en la evolución de la vida en la superficie.
"Estamos proponiendo que las emisiones de dióxido de carbono fueron muy importantes para esta proliferación de vida, ", dijo." Realmente está tratando de relacionar cómo estos procesos más profundos han afectado la vida en la superficie de nuestro planeta en el pasado ".
Dasgupta también es el investigador principal de un esfuerzo financiado por la NASA llamado CLEVER Planets que está explorando cómo los elementos esenciales para la vida podrían unirse en exoplanetas distantes. Dijo que comprender mejor cómo la Tierra se volvió habitable es importante para estudiar la habitabilidad y su evolución en mundos distantes.
"Parece que la historia de la Tierra exige que la tectónica juegue un papel importante en la habitabilidad, pero eso no significa necesariamente que la tectónica sea absolutamente necesaria para la acumulación de oxígeno, ", dijo." Podría haber otras formas de generar y mantener el oxígeno, y explorarlos es una de las cosas que estamos tratando de hacer en CLEVER Planets ".
