En los últimos años ha habido una explosión de descubrimientos de exoplanetas. Algunos de esos mundos están en lo que consideramos la "zona habitable", al menos en observaciones preliminares. Pero, ¿cuántos de ellos tendrán atmósferas ricas en oxígeno y de soporte vital en la misma línea que la Tierra?
Un nuevo estudio sugiere que las atmósferas respirables podrían no ser tan raras como pensábamos en planetas tan antiguos como la Tierra.
La Tierra tardó mucho tiempo en desarrollar la atmósfera oxigenada que disfrutamos ahora. Hasta hace unos 2.400 millones de años, nuestro planeta tenía mucho menos oxígeno en su atmósfera y océanos. Todo eso cambió cuando tuvo lugar un importante evento de oxigenación; El primero de los tres que formaron la Tierra.
El modelo de tres pasos de la oxigenación de la Tierra es ampliamente comprendido y aceptado, aunque no está exento de controversia. El modelo describe tres cambios importantes en la historia de la Tierra, y cada uno altera sustancialmente la atmósfera de la Tierra al agregar más oxígeno.
Los tres eventos fueron:
- El Gran Evento de Oxidación ocurrió hace unos 2.400 millones de años durante la Era Paleoproterozoica. En este caso, el oxígeno producido biológicamente se acumuló en los océanos y la atmósfera, lo que probablemente conduzca a una extinción masiva inicial.
- El evento de oxigenación neoproterozoica vio un aumento dramático en los niveles de oxígeno, y precedió a la explosión cámbrica hace unos 540 millones de años.
- El evento de oxigenación paleozoica ocurrió hace unos 400 millones de años y vio que el oxígeno alcanzó su nivel actual de aproximadamente el 21%.
La historia de la oxigenación de la Tierra es complicada. No fue una progresión lineal. Al principio, las formas de vida producían oxígeno como subproducto de desecho, y gran parte de él era absorbido por la corteza terrestre. El oxígeno es altamente reactivo y formó todo tipo de compuestos con otros elementos y quedó encerrado en la corteza. En particular, reaccionó con hierro para producir óxido de hierro en el registro geológico, uno de nuestros mejores indicadores de cuándo el oxígeno ingresó a la atmósfera.
Sin embargo, hay mucho debate sobre este modelo. Según una comprensión del modelo, las bacterias fotosintéticas en el océano produjeron gran parte del oxígeno temprano. Luego, los planetas terrestres llegaron cientos de millones de años después, elevando nuevamente el nivel de oxígeno. También hay evidencia de que la tectónica de placas y las erupciones volcánicas masivas jugaron un papel importante.
Un artículo de los autores de este nuevo estudio dice que este modelo implica que se requiere un cierto nivel de suerte para crear un mundo rico en oxígeno. "Si no hubiera ocurrido una erupción volcánica, o un cierto tipo de organismo no hubiera evolucionado, entonces el oxígeno podría haberse estancado en niveles bajos", dice.
Pero tal vez ese no sea el caso.
Su nuevo estudio se titula "La oxigenación escalonada de la Tierra es una propiedad inherente del ciclo biogeoquímico global" y la palabra "inherente" es clave aquí. Los autores dicen que una vez que tuvimos los microbios y la tectónica de placas correctas, que se establecieron hace 3 mil millones de años, era solo cuestión de tiempo antes de alcanzar el nivel de oxígeno que tenemos ahora. Independientemente de los volcanes y las plantas terrestres.
“Esta investigación realmente prueba nuestra comprensión de cómo la Tierra se volvió rica en oxígeno y, por lo tanto, capaz de soportar la vida inteligente.“
Lewis Alcott, autor principal, Earth Surface Science Institute, Universidad de Leeds.
En lugar de fuerzas externas, fue "un conjunto de retroalimentaciones internas que involucran los ciclos globales de fósforo, carbono y oxígeno" lo que condujo a la oxigenación de la Tierra, como dice el estudio. De hecho, esos ciclos habrían "producido el mismo patrón de tres pasos observado en el registro geológico".
Todo se reduce a esto, según el artículo: "Llegamos a la conclusión de que los eventos de oxigenación de la Tierra son completamente consistentes con la oxigenación gradual de la superficie planetaria después de la evolución de la fotosíntesis oxigenada".
Pero, ¿cómo llegaron a esa conclusión?
Los investigadores son de la Universidad de Leeds en el Reino Unido. El autor principal es Lewis J. Alcott, un estudiante de doctorado con sede en el Earth Surface Science Institute. Alcott y los otros investigadores trabajaron con un modelo bien establecido de biogeoquímica marina y lo modificaron. Corrieron ese modelo a través de toda la historia de la Tierra, y descubrieron que producía los tres eventos principales de oxigenación por sí solo.
En un comunicado de prensa, Alcott dijo: "Esta investigación realmente pone a prueba nuestra comprensión de cómo la Tierra se volvió rica en oxígeno y, por lo tanto, capaz de soportar la vida inteligente".
El pensamiento dominante detrás de la historia de oxigenación de la Tierra se basa en un par de categorías amplias de eventos para explicarlo. Uno son los principales desarrollos evolutivos en las formas de vida que producen oxígeno. Básicamente, "revoluciones biológicas", donde las formas de vida se volvieron progresivamente más complejas y crearon un entorno rico en oxígeno. La segunda categoría son las revoluciones tectónicas: un aumento dramático y particular en la actividad tectónica, incluida una actividad volcánica significativa, que alteró la corteza y condujo a mayores niveles de oxígeno.
Se ha debatido mucho sobre la naturaleza exacta de ambas categorías amplias, pero este nuevo estudio está dando a los científicos algo más en qué pensar. En lugar de confiar en eventos "escalonados" que se pueden identificar en el registro geológico para explicar la oxigenación, el nuevo estudio apunta a ciclos de retroalimentación entre fósforo, carbono y oxígeno.
El estudio también sugiere que la oxigenación era inevitable.
El coautor del estudio, el profesor Simon Poulton, también de la Escuela de la Tierra y el Medio Ambiente de Leeds, dijo: “Nuestro modelo sugiere que la oxigenación de la Tierra a un nivel que pueda mantener una vida compleja era inevitable, una vez que los microbios que producen oxígeno habían evolucionado. "
En el corazón de este nuevo modelo se encuentra el ciclo marino del fósforo. Su modelo produjo el mismo patrón de oxigenación de tres pasos que experimentó la Tierra “cuando fue impulsado únicamente por un cambio gradual de condiciones de superficie reductoras a oxidantes con el tiempo. Las transiciones son impulsadas por la forma en que el ciclo del fósforo marino responde a los niveles cambiantes de oxígeno, y cómo esto afecta la fotosíntesis, que requiere fósforo ”.
“Nuestro trabajo muestra que la relación entre los ciclos globales de fósforo, carbono y oxígeno es fundamental para comprender la historia de oxigenación de la Tierra. Esto podría ayudarnos a comprender mejor cómo un planeta diferente al nuestro puede volverse habitable ”, dijo el autor principal, el Dr. Benjamin Mills.
Así que todavía hay esperanza para algunos de esos exoplanetas.
Este estudio no será la última palabra sobre el asunto. Pero es un resultado intrigante, y si resiste un mayor escrutinio científico, puede afectar la forma en que caracterizamos los exoplanetas que ya hemos encontrado, y los miles más que encontraremos con TESS y otros futuros telescopios de búsqueda de planetas.
Más:
- Comunicado de prensa: Respirando nueva vida en el debate sobre el oxígeno de la Tierra
- Documento de investigación: la oxigenación gradual de la Tierra es una propiedad inherente del ciclo biogeoquímico global
- Artículo: Las atmósferas respirables pueden ser más comunes en el universo de lo que pensábamos
- Documento de investigación (2014): El aumento de oxígeno en los primeros océanos y la atmósfera de la Tierra
