Las erupciones volcánicas pueden haber provocado las primeras & # 039; bocanadas & # 039; de oxígeno en la atmósfera de la Tierra

Un nuevo análisis de rocas de Australia de 2.500 millones de años encuentra que las erupciones volcánicas pueden haber estimulado oleadas de población de microorganismos marinos, creando las primeras bocanadas de oxígeno a la atmósfera. Esto cambiaría las historias existentes sobre la atmósfera primitiva de la Tierra, que suponía que la mayoría de los cambios en la atmósfera primitiva estaban controlados por procesos geológicos o químicos.
Aunque se centró en la historia temprana de la Tierra, la investigación también tiene implicaciones para la vida extraterrestre e incluso el cambio climático. El estudio dirigido por la Universidad de Washington, la Universidad de Michigan y otras instituciones se publicó en agosto en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
"Lo que ha comenzado a ser obvio en las últimas décadas es que en realidad hay bastantes conexiones entre la Tierra sólida y sin vida y la evolución de la vida", dijo la primera autora Jana Meixnerová, estudiante de doctorado en Ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington. "¿Pero cuáles son las conexiones específicas que facilitaron la evolución de la vida en la Tierra como la conocemos?"
En sus primeros días, la Tierra no tenía oxígeno en su atmósfera y pocas formas de vida que respiraran oxígeno, si es que tenían alguna. La atmósfera de la Tierra se volvió rica en oxígeno de forma permanente hace unos 2.400 millones de años, probablemente después de una explosión de formas de vida que fotosintetizan, transformando el dióxido de carbono y el agua en oxígeno.
Pero en 2007, el coautor Ariel Anbar de la Universidad Estatal de Arizona analizó rocas del Mount McRae Shale en Australia Occidental, informando una bocanada de oxígeno a corto plazo entre 50 y 100 millones de años antes de que se convirtiera en un elemento permanente en la atmósfera. Investigaciones más recientes han confirmado otros picos de oxígeno a corto plazo anteriores, pero no han explicado su ascenso y descenso.
En el nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Michigan, dirigidos por el coautor para correspondencia Joel Blum, analizaron las mismas rocas antiguas para determinar la concentración y el número de neutrones en el elemento mercurio, emitidos por erupciones volcánicas. Grandes erupciones volcánicas arrojan gas mercurio a la atmósfera superior, donde hoy circula durante uno o dos años antes de llover sobre la superficie de la Tierra. El nuevo análisis muestra un aumento en el mercurio unos millones de años antes del aumento temporal de oxígeno.

"Efectivamente, en la roca debajo del pico transitorio de oxígeno encontramos evidencia de mercurio, tanto en su abundancia como en sus isótopos, que se explicaría más razonablemente por erupciones volcánicas en la atmósfera", dijo el coautor Roger Buick, profesor de la Universidad de Washington. de Ciencias de la Tierra y el Espacio.
Donde hubo emisiones volcánicas, razonan los autores, debe haber habido campos de lava y cenizas volcánicas. Y esas rocas ricas en nutrientes se habrían erosionado con el viento y la lluvia, liberando fósforo en los ríos que podrían fertilizar las áreas costeras cercanas, permitiendo que las cianobacterias productoras de oxígeno y otras formas de vida unicelulares prosperen.
"Hay otros nutrientes que modulan la actividad biológica en escalas de tiempo cortas, pero el fósforo es el más importante en escalas de tiempo largas", dijo Meixnerová.
Hoy en día, el fósforo es abundante en material biológico y en fertilizantes agrícolas. Pero en tiempos muy antiguos, la erosión de las rocas volcánicas habría sido la principal fuente de este recurso escaso.
"Durante la meteorización bajo la atmósfera arcaica, la roca basáltica fresca se habría disuelto lentamente, liberando el fósforo macronutriente esencial en los ríos. Eso habría alimentado a los microbios que vivían en las zonas costeras poco profundas y habría provocado un aumento de la productividad biológica que habría creado , como subproducto, un pico de oxígeno ", dijo Meixnerová.
Se desconoce la ubicación precisa de esos volcanes y campos de lava, pero existen grandes campos de lava de aproximadamente la edad adecuada en la India actual, Canadá y otros lugares, dijo Buick.
"Nuestro estudio sugiere que para estas bocanadas transitorias de oxígeno, el desencadenante inmediato fue un aumento en la producción de oxígeno, en lugar de una disminución en el consumo de oxígeno por las rocas u otros procesos inertes", dijo Buick. "Es importante porque la presencia de oxígeno en la atmósfera es fundamental: es el mayor impulsor de la evolución de la vida grande y compleja".
En última instancia, los investigadores dicen que el estudio sugiere cómo la geología de un planeta podría afectar cualquier vida que evolucione en su superficie, una comprensión que ayuda a identificar exoplanetas habitables, o planetas fuera de nuestro sistema solar, en la búsqueda de vida en el universo.
Otros autores del artículo son la coautora correspondiente Eva Stüeken, ex estudiante graduada de astrobiología de la Universidad de Washington ahora en la Universidad de St. Andrews en Escocia; Michael Kipp, un ex estudiante de posgrado de la Universidad de Washington ahora en el Instituto de Tecnología de California; y Marcus Johnson en la Universidad de Michigan. El estudio fue financiado por la NASA, el equipo del Laboratorio Planetario Virtual de la Universidad de Washington financiado por la NASA y la Cátedra MacArthur de Blum en la Universidad de Michigan.