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Un modelo describe cómo la generación de metano en un proceso biogeológico resuelve la paradoja del sol joven.

Posiblemente lo más interesante de la ciencia no es lo que se entiende, sino lo que no se entiende. Una vez que un misterio es resuelto, este pierde el aura de interés.

Actualmente hay varios enigmas que se están resistiendo a ser resueltos. A la mente vienen inmediatamente, por ejemplo, el asunto de la naturaleza de la materia oscura, la obtención de una teoría cuántica de la gravedad o el origen de algunas extinciones masivas. Pero hay más.

Un asunto por aclarar es el de la paradoja del Sol joven. Nuestra estrella pasó por una etapa de juventud en la que emitía mucha menos energía que ahora. Por ejemplo, hace unos 2000 millones de años emitía un 25% menos de energía. Sin embargo, nuestro planeta era un lugar templado cubierto de agua líquida y no una bola de hielo, pues hay pruebas en el registro geológico de que la temperatura de entonces era similar a la actual o incluso superior. Tuvo que haber, necesariamente, algún proceso que mantuviera el planeta caliente.

Es normal que el Sol fuera así de débil. Es lo que se observa en otras estrellas de su clase. Desde que se formó ha estado calentándose y, según estudios recientes, se calentará tanto en 1000 millones de años que la Tierra ya no será habitable y la vida desaparecerá sobre ella para siempre.

Como la evolución estelar es ineludible, esto nos dice que la zona de habitabilidad de las estrellas cambia con el tiempo, no solamente para nuestro Sol. Así que este tema es de interés para los astrobiólogos. Precisamente, un grupo de astrobiólogos de la NASA y de Georgia Institute of Technology han desarrollado un amplio modelo de cómo la química atmosférica permite resolver la paradoja del sol joven.

Según sus resultados, el metano atmosférico de aquel entonces, que es un potente gas de efecto invernadero, compensó la escasa irradiación manteniendo la temperatura hasta niveles adecuados para la vida.

El nuevo modelo combina distintos procesos metabólicos microbianos con los efectos de la actividad volcánica oceánica y los procesos atmosféricos, siendo el más amplio de su clase hasta el momento. Sus resultados pueden ayudar a estudiar la habitabilidad de los exoplanetas que se descubran en el futuro. Esto se consigue gracias a que los parámetros del modelo no están fijados para el caso terrestre, sino que se pueden ajustar para cualquier otro caso.

Según Chris Reinhard (Georgia Tech), es posible que el modelo de metano atmosférico que están usando para representar las condiciones de la Tierra primitiva pueda usarse para describir las biosferas en otros planetas de nuestra galaxia.

Los modelos previos habian examinado la mezcla de gases atmosféricos necesarios para mantener la Tierra caliente a pesar de la debilidad del Sol primitivo o bien tenían en cuenta los metabolismos microbianos que pueden producir metano. Pero no había modelos que combinasen ambos aspectos.

En el nuevo modelo se incorporan ambos aspectos y se incluye la fotosíntesis y la geoquímica para así reflejar la complejidad de un plantea al completo con vida. Los investigadores pudieron comprobar cómo el modelo predecía un alto incremento en metano atmosférico y, por tanto, de efecto invernadero.

«Es importante pensar acerca de los mecanismos que controlan los niveles atmosféricos de gases de efecto invernadero en el marco de todos los ciclos biogeológicos en el océano y la atmósfera», dice Kazumi Ozaki.

Para resolver la paradoja del Sol joven, Carl Sagan y George Mullen postularon en 1972 que la atmósfera terrestre de aquel entonces debía tener el suficiente efecto invernadero para así mantener la temperatura elevada. En aquel año propusieron que ese papel podría haber sido desempeñado por el amoniaco, pero al final la idea no funcionó.

El metano siempre ha sido considerado como el gas que podría desempeñar este papel, pero su estabilidad química en la atmósfera no es alta si también hay oxígeno. Pero, aunque el oxígeno estaba presente en la atmósfera de esa época, sólo lo estaba en muy pequeñas cantidades. Por tanto, el metano se podía ir acumulando si hubiese una fuente para el mismo.

En el nuevo modelo se tiene en cuenta dos tipos de fotosíntesis. Hace 3000 millones de años la fotosíntesis dominante en la actualidad, que genera grandes cantidades de oxígeno, no existía. En su lugar, los microorganismos de aquel entonces llevaban a cabo dos tipos de fotosíntesis distintas. Una transformaba el hierro del océano en óxido de hierro y la otra fotosintetizaba hidrógeno en formaldehido.

El modelo descansa en que la actividad volcánica debía producir hidrógeno gaseoso que se usaría en esa segunda fotosíntesis. Además, ciertas bacterias fermentarían el formaldehido generado por una de las fotosíntesis para producir metano.

Los investigadores hicieron correr el modelo 3 millones de veces variando los distintos parámetros y encontraron que si se tenían los dos tipos de fotosíntesis funcionando en tandem, entonces en el 24% de las simulaciones se producía suficiente metano como para que el efecto invernadero producido por este gas mantenga el planeta lo suficientemente caliente.

Según Reinhard, este resultado sugiere que hay un 24% de posibilidades de que un exoplaneta se mantenga habitable aunque orbite una estrella que no sea lo suficientemente brillante para la distancia a la que la orbita.

Otros modelos que se fijan sólo en los procesos metabólicos predicen probabilidades inferiores. Otros modelos que tratan de explicar la paradoja del Sol joven se basan en acontecimientos cataclísmicos, como el impacto de asteroides y la subsiguiente actividad sísmica generada. Pero, aunque estos modelos predicen una mayor cantidad de metano, descansan sobre acontecimientos improbables de dinámica irregular.

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