NeoFronteras

Un estudio establece que las altas capas de la atmósfera de la Tierra de hace 2700 millones de años eran ricas en oxígeno, mientras que otro dice que la presión atmosférica de entonces era la mitad de la actual.

¿Cómo era al atmósfera terrestre de hace 2700 millones de años? Hasta ahora se suponía que la cantidad de oxígeno en aquella época era muy pequeña. De hecho se cree que la atmósfera carecía casi completamente de oxígeno hasta hace 2300-2400 millones de años.

Un estudio reciente pone en duda esta afirmación y sostiene que en aquella época la atmósfera terrestre ya poseía apreciables cantidades de oxígeno, al menos en la alta atmósfera. Este hallazgo se basa en el análisis de 60 micrometeoritos de la época encontrados en la roca caliza de la formación Tumbiana en la región de Pilbara del oeste de Australia. Esas rocas se formaron a partir de los sedimentos de un antiguo lago.

Los micrometeritos, con un tamaño del grosor de una cabello humano, contienen óxido de hierro que se habría formado por la interacción con el oxígeno de las capas altas de la atmósfera del momento en el que cayeron y el hierro contenido originalmente en los micrometeoritos. Estas pequeñas bolitas son los restos de rocas espaciales más antiguas descubiertas en la Tierra hasta la fecha.

Al parecer los investigadores se sorprendieron ya de encontrar micrometeoritos, así que el hallar óxido de hierro fue aún más sorprendente. “Fue increíble que estas pequeñas esférulas hubieran atrapado la atmósfera primitiva, atrapándola como unos pequeños cofres del tesoro”, dice Matthew Genge (Imperial College London). Según Kevin Zahnle (NASA Ames Research Centre) es notable que estos objetos tan pequeños hayan sobrevivido durante 2700 millones de años.

Se cree que el oxígeno empezó a acumularse en la atmósfera de la Tierra hace 2400 millones de años, en lo que se conoce como evento de la Gran Oxidación, al menos en la baja atmósfera. Antes de esa época la cantidad de oxígeno atmosférica era de un 0.001% de los niveles actuales.

Como estos meteoritos contienen oxígeno este tenía que estar en las capas altas de la atmósfera, por encima de los 75 km de altura. Por el tipo de óxidos analizados los investigadores implicados en este estudio apuntan que el porcentaje de este gas tenía que ser de un 20%, es decir, como el actual.

Algunos modelos predicen que en aquella época debía de haber oxígeno en gran cantidad en la alta atmósfera que descansaría sobre una Tierra pobre en oxígeno. Esto se debería no a la fotosíntesis, sino principalmente a la disociación de moléculas de vapor de agua por la acción de la radiación ultravioleta del Sol. El hidrógeno escaparía al espacio y quedaría el oxígeno.

Otras moléculas sufrirían un efecto parecido como dióxido de azufre o el dióxido de carbono. Pero el azufre caería a la superficie.

El registro de isótopos de azufre de las piritas del lecho de ese antiguo lago indica que las condiciones del ambiente de la superficie eran anóxicas y, por tanto, la mezcla de las distintas capas de la atmósfera terrestre era mínima en ese periodo.

Algunos científicos opinan que una inversión producida por una capa rica en metano en la atmósfera media pudo inhibir la circulación vertical del aire y separar grandes proporciones de la atmósfera anóxica inferior de las capas altas ricas en oxígeno. El metano de esa capa intermedia absorbería la luz UV liberando calor y crearía una zona cálida en la atmósfera que habría producido esa inhibición de mezcla vertical.

Es particularmente inusual que haya sobrevivido el óxido de hierro de estos micrometeoritos, algo que sólo se explica por circunstancias fortuitas. El lago en el que cayeron era muy alcalino y tenía las capas inferiores totalmente anóxicas, lo que evitó su disolución. Estas condiciones se dan en muy pocas ocasiones, así que puede que estos micrometeoritos sean únicos.

El próximo paso sería analizar otros micrometeoritos contenidos en rocas de otras épocas para ver los cambios en la atmósfera, sobre todo cuando el oxígeno empezó a producirse en cantidad por los organismos vivos hace 2400 millones de años, que fue lo que desencadenó el evento de La Gran Oxidación.

Además, otro estudio distinto consigue calcular la presión atmosférica de la misma época.

Una presión atmosférica suficiente es esencial para la vida, pues permite retener agua y atrapar calor del Sol. Además, afecta a las reacciones químicas sobre las que depende la vida.

El nuevo estudio acota la presión atmosférica entre un cuarto y la mitad de la presión atmosférica actual. Este resultado obligará a reexaminar todo lo que se sabe de la atmósfera primitiva de la Tierra, desde el ciclo de fijado del nitrógeno a cómo consiguió atrapar suficiente calor del Sol como para permitir que sobreviviera la vida de entonces. Recordemos que esa época el Sol era un 20% menos brillante que en la actualidad.

Es necesaria la presencia de un potente efecto invernadero en esa época para impedir la congelación completa de la Tierra. Una atmósfera más densa que la actual, con una mayor presencia de nitrógeno, habría ayudado en la tarea. Ya se propuso en el pasado que una presión del doble de la actual sería suficiente.

Sin embargo, un estudio de 2012, basado en huellas fósiles de lluvia, apuntaba que la situación era la opuesta y que la presión de entonces era la mitad que la actual. Este nuevo estudio, realizado por el mismo equipo de investigadores, confirma esta conclusión.

Esta vez el resultado está basado en otro método independiente: las burbujas de gas atrapadas en la lava fundida de esa época. Esta lava se solidificó al entrar en contacto con el agua marina, atrapando las burbujas de gas que contenía en su interior. Midiendo el tamaño de las burbujas en la parte superior, que son las que estaban en contacto con la presión atmosférica de aquel entonces, y comparándolas con las del interior es posible decir cómo de densa era la atmósfera de ese periodo.

Naturalmente, encontrar rocas que se hayan formado así de hace 2700 millones de años y que se hayan conservado bien desde entonces no es fácil. Sin embargo, unos basaltos de esa época encontrados hace 10 años en la región, de nuevo, de Pilbara sí reunían esas condiciones.

Los cálculos arrojaron una presión de la mitad de la actual. La pregunta es por qué la presión era tan baja entonces. La atmósfera actual está compuesta principalmente por cuatro quintos de nitrógeno y un quinto oxígeno. En aquella época la cantidad de oxígeno libre era pequeña (salvo por el estudio relatado anteriormente) y posiblemente la atmósfera también era menos rica porcentualmente en nitrógeno. Otros gases más potentes en efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano, habrían mantenido la temperatura lo suficientemente elevada, pues hay pruebas de que el planeta no estuvo congelado durante esa época.

En el ciclo del nitrógeno participa fuertemente la vida y la fijación de este gas por parte de las cianobacterias está bien establecida mucho antes de que se diera la erupción de Pilbara que generó esas rocas. Pero, en ausencia de oxígeno, el retorno a la atmósfera del nitrógeno fijado por la vida se producía muy lentamente. Una vez se dio la Gran Oxidación el ciclo del nitrógeno empezó a funcionar de manera más completa y la atmósfera se llenó con más nitrógeno, lo que aumentó la presión.

Ya se piensa en hacer el mismo tipo de estudio sobre rocas similares, pero más antiguas que estas de hace 2700 millones de años, que se encuentran en Sudáfrica.

Estos estudios permiten hacernos una idea más clara de cómo era la atmósfera de la época y nos ayudarán a determinar si ciertos exoplanetas tienen condiciones de habitabilidad según parámetros terrestres.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Hallan la presión atmosférica de hace 2700 millones de años.
Fotos: Andrew Tomkins y S. Som.