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 [2]
Ilustración: T. Pyle/JPL-Caltech/NASA Ames.