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El metano no explica la paradoja del Sol joven

Área: Biología,Geología — Sábado, 8 de octubre de 2016

La presencia de metano en el pasado geológico terrestre fue tan escasa que el efecto invernadero provocado sería mínimo.

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El Sol era de un 20% a un 30% menos brillante que ahora al comienzo de la historia geológica de nuestro plantea. Es lo que nos dicen las observaciones de las estrellas de tipo G como el Sol.

Pero, a la vez, las pruebas geológicas demuestran que nuestro mundo no estaba congelado por aquel entonces. Así por ejemplo, los cristales de zircón de las rocas sedimentarias formadas en ese periodo de tiempo demuestran que la Tierra ya poseía océanos de agua líquida. Es lo que se ha venido llamando “paradoja del Sol joven”.

Las condiciones fueron cambiando poco a poco, pero el Sol siguió siendo menos brillante durante mucho tiempo. Así por ejemplo, entre hace 1800 y 800 millones de años el Sol era de un 10 a un 15% menor brillante que en la actualidad. En esa época ya había vida sobre la Tierra, lo que es incompatible con una congelación total y permanente del planeta.

Se han propuesto varias soluciones a esta paradoja del Sol joven. La tradicional es que la atmósfera de aquel entonces poseía grandes cantidades de dióxido de carbono y/o metano que proporcionaron el efecto invernadero necesario para evitar la congelación.

Ahora, un estudio basado en un modelo del Instituto de Astrobiología de la NASA descarta que la presencia de metano fuera importante como para mantener el efecto invernadero necesario que compensase el brillo escaso del Sol.

El metano es un gas de efecto invernadero 34 veces más potente atrapando el calor en la atmósfera que el dióxido de carbono. Se ha propuesto que el metano era muy abundante en el pasado geológico de la Tierra cuando el oxígeno era escaso, pues el oxígeno reacciona con él fuertemente destruyéndolo. Esta presencia de metano explicaría la paradoja del Sol joven, pues el oxígeno sólo ha sido abundante en tiempos recientes desde el punto de vista geológico.

Pero, según los autores del nuevo estudio, hay que tener en cuenta el ciclo bioquímico del metano en los océanos. Según sus resultados no se puede tener mucho metano escapando del mar a la atmósfera una vez que hay sulfatos en los océanos, algo que se produjo pronto.

La meteorización en presencia de oxígeno de minerales como las piritas produce sulfatos que terminan en el mar a través de los ríos. Hasta que no hubo cierta presencia de oxígeno este fenómeno era débil, pero lo interesante es que basta una pequeña cantidad de estos sulfatos (y, por tanto, de oxígeno) para impedir que el metano sea liberado por lo mares. Incluso un 1% de su abundancia moderna es suficiente como para impedir la liberación de metano en cantidad suficiente.

Según el modelo de Chris Reinhard (Georgia Tech University), Timothy Lyons (UC Riverside) y colaboradores, durante los mil millones de años que han modelizado (entre hace 1800 y 800 millones de años) la presencia de sulfatos en los océanos limitó la abundancia de metano en la atmósfera a 1-10 partes por millón, muy por debajo de las 300 partes por millón propuestas en otros estudios pasados.

En la época considerada, los niveles de oxígeno libre eran bajos, hasta que hace 800 millones de años sufrieron un aumento considerable. A partir de ese punto el metano libre no podía ser ya abundante por destrucción directa del oxígeno.

La culpa de la ausencia temprana de metano está en las bacterias que viven en los océanos especializadas en la descomposición de materia orgánica, algo que no había sido tenido en cuenta en modelos anteriores. El sulfato destruye directamente el metano, pero, además, limita la producción de metano porque los microorganismos pueden extraer más energía de la reducción del sulfato que produciendo metano. Así que el consumo de sulfatos predomina sobre la producción de metano en el ambiente marino.

Además, cuando hay oxígeno libre se forma ozono en la atmósfera que protege el metano de la fotodisociación. Así que un nivel de oxígeno bajo permite que los rayos ultravioletas destruyan el metano. Por tanto, el poco metano que escapaba del mar era destruido en la atmósfera por este efecto.

Los investigadores han tenido en cuenta todo esto en su modelo. A diferencia de modelos del pasado, que eran bidimensionales, el nuevo modelo divide los océanos en 15.000 regiones tridimensionales y calcula los ciclos para cada región. Por tanto es un modelo de alta resolución mucho más preciso que los precedentes.

El problema es que ahora no hay manera de explicar la paradoja del Sol joven. Hace falta otra combinación de gases de efecto invernadero que lo explique. Entre ellos estaría el dióxido de carbono, pero también el vapor de agua y los óxidos de nitrógeno.

Lyons dice que se ha considerado siempre al metano como un buen bioindicador en exoplanetas y se considera que, si alguna vez lo detectamos en uno de ellos, este sería un buen candidato a albergar vida. Pero, a la vez, el metano no habría podido ser detectado en la Tierra por una civilización avanzada que observara la Tierra en el pasado.

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Fuentes y referencias:
Artículo original
Ilustración: T. Pyle/JPL-Caltech/NASA Ames.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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14 Comentarios

  1. Miguel Ángel:

    No es demasiado escueta la lista de gases con efecto invernadero del penúltimo párrafo?

    Si el efecto de la Luna ha motivado un enfriamiento más lento de nuestro planeta, no podría ser el propio calor de la Tierra de hace 4.000 m.a. con una Luna sensiblemente más proxima generando mucho mas calor que ahora por el efecto marea?

  2. Tomás:

    Detecto, Miguel, que escribes en tu tablet; por tanto no estás en tu casa ni en el trabajo. ¿Vacaciones?

    La pregunta que haces es muy razonable. A ver si alguien la contesta con datos.

  3. Tomás:

    Dice el artículo que el CH4 es 34 veces más potente como GEI que el CO2, pero no especifica si es en volumen, en peso, por molécula o por mol. Es que, hace ya unos años -como siempre- calculé que, tomando como base que el metano, en 100 años, calienta la atmósfera 23 veces más que el dióxido; ambos en peso. Me salía que, en volumen -diría que más significativo- tan solo resulta una 8,5 veces peor. Y como toda comparación en volumen es lo mismo que en moles, pues eso. Pero, en conjunto y dado que hay unas 100 veces más vapor de agua que de dióxido, en volumen, en la atmósfera, me salía que el de EI del CO2 es unas 23 veces mayor que el agua, aunque, en su totalidad, el dióxido es responsable del 16 % y el agua del 70 %, más o menos. Pero el hexafluoruro de azufre es 20.000 veces, más potente que el CO2 (y dura miles de años) aunque, por suerte, es bastante más denso que el aire, por lo que permanece a ras de suelo… pero se acumula en esos miles de años y, quieras que no, se diluye en el aire poco a poco; afortunadamente, se usa como aislante eléctrico, por lo que la cosa no parece masiva, pero como la electrónica aumentará sin medida… También hay otros miles de veces, aunque no tanto como el hefluoruro, más potentes que el dióxido.
    Si tomamos la cifra de 34 que da el artículo, la cosa cambia bastante. Diría, en cálculo rápido, que el metano será algo así como un 13 % peor que en dióxido en volumen. Pero estoy dispuesto a retractarme, porque he hecho algunas operaciones mientras escribo.

  4. JavierL:

    ¿como se sabe que la tierra no estaba congelada hace 1800 millones de años? ¿tenemos hielo tan antiguo?

  5. JavierL:

    lo pregunto porque cuando dice el articulo
    “los cristales de zircón de las rocas sedimentarias formadas en ese periodo de tiempo demuestran que la Tierra ya poseía océanos de agua líquida.”
    recuerdo que el hielo flota y podridas tener una gran cantidad del planeta congelado y aun así tener océanos de agua liquida.

  6. Miguel Ángel:

    Así es, querido JavierL, algo así ya sucedió durante el periodo “bola de nieve” .

  7. Miguel Ángel:

    Querido amigo Tomás:

    Sospechas bien, estoy de vacaciones.
    Sigo sin saber por qué sólo mencionan los gases del penúltimo párrafo. No pudieron contribuir otros, pensando en los de origen volcánico?

  8. Tomás:

    A tu pregunta, Miguel y querido amigo, sería más propio que contestase Neo, pero yo creo que solo ha nombrado los principales, dando por sabido que conocemos la existencia de otros que, en este caso se limitarían a los de origen volcánico, por ejemplo el sulfhídrico, que todos estamos convencidos de que es como el oxígeno del infierno -algo tendrán que respirar los malos-, pero también el dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, halocarburos y supongo que algún gas noble. No creo que hidrógeno, pues ya habría formado agua cuyo vapor es el gas más abundante. Esos gases escapan en una erupción -por cierto que la RAE no admite para erupción algo tan sencillo como: “acción y efecto de eruptar” por la manía de no querer contar con un verbo tan a propósito, que se conjugaría como eructar. (Bueno, esto son cosas mías),
    Espero haberte sido útil. Abrazos volcánicos sin eruptos. ¡He dicho eruptos; no confundir, que otra cosa sería una cochinada!

  9. Miguel Ángel:

    Muchas gracias por tu ayuda, querido amigo. No sé si también te ha llamado la atención que sólo se hayan referido al CO2, vapor de agua y óxidos de nitrogeno: seguramente han estimado que esos gases han sido los que han tenido un efecto cuantitativamente mayor, pero también parece claro que no fueron los únicos gases implicados.

    Un abrazo muy agradecido.

  10. Tomás:

    Sí, eso creo, que han nombrados los principales para calentar el planeta, pero hay otros que quizá no calienten mucho, pero son tremendamente perjudiciales.

  11. lluís:

    Pero si en los sedimentos oceánicos viven miles de millones de bacterias anaérobicas y microbios metanógenos que producen enormes cantidades de metano, ¿cómo puede ser que la ausencia de metano sea culpa de esos microbiosy bacterias que son los que precisamente lo producen?

  12. Tomás:

    Perdón por el final de mi 3, que acabo de releer y puse un 13 %, cuando debiera haber puesto 13 veces peor que el CO2 en volumen.

    Querido Lluís: Es que hay una frase, la primera del párrafo 11, en el artículo que creo y podría tomarse como equívoca e incluso contradictoria con la tesis que se presenta. Me refiero a “La culpa de la ausencia temprana de metano está en las bacterias que viven en el océano…”. Pero basta seguir leyendo ese mismo párrafo que dice que “el sulfato destruye directamente el metano, pero, además, limita la producción… porque los microorganismos pueden extraer más energía de la reducción del sulfato que produciendo metano”. De ello deduzco que la culpa es del sulfato que hace que esos microorganismos produzcan mucho menos metano y, a la vez, lo destruye. En todo el párrafo 8, ya lo explica e incluso acaba diciendo que “… un 1 % de su abundancia moderna es suficiente como para impedir la liberación de metano en cantidad suficiente”.

    Y, en el océano, decir que viven miles de millones de bacterias, o sea del orden de entre 10^9 y 10^10, resulta infinitamente poco realista, cuando solo en el tracto digestivo una persona viven una cantidad del orden de 10^14; ¡Imagina las que vivirán en las aguas y sus fondos!

    En cualquier caso un abrazo fuerte.

  13. lluís:

    Sí,tomás, yo también, posteriormente a mi propio comentario, volví a releer el artículo y pensé que es como tú explicas. Creo que sí, que tienes razón.

    En cuanto a esas potencias que escribes ahí,en términos acaso menos precisos que miles de miles de millones, no dejan de ser miles de millones, porque “miles de millones” no precisan cuantos miles pueden ser, que incluso podrían ser una infinidad de miles de millones.

    Otro nada sulfuroso abrazo,amigo.

  14. Tomás:

    Naturalmente, buen amigo, pero fíjate que eso ya lo había previsto, porque no digo que sea erróneo, que no lo es, pero, para una mente como la tuya, que presumo maravillosamente matemática, “poco realista”, aunque debiera haber hablado, mejor, de una forma “poco precisa”. A veces pecamos de excesivamente sutiles. El caso es que has hecho que me pique el gusanillo y me he dado una vuelta por ahí a ver que encontraba y hablan del orden de 10^29.
    Pero enseguida me ha asaltado un temor. Si se divide cada una en dos, en cuestión de una o dos horas, o sea que se duplican, no tardarían en llenar el mundo, ya que es una función exponencial. Afortunadamente, aunque parezca mentira, he visto que también las bacterias mueren, por decirlo de alguna forma, aunque resultaría un poco largo de explicar.

    Un abrazo.

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