Un viaje de 200 millones de años hacia la oxigenación

Los estudios de esquistos marinos y datos isotópicos del período del Gran Evento de Oxidación revelan variaciones dinámicas de oxígeno en la atmósfera y los océanos de la Tierra primitiva, destacando la naturaleza compleja y a largo plazo de esta etapa evolutiva crítica. Crédito: SciTechDaily.com

El «gran evento de oxidación» de la Tierra se extendió a lo largo de 200 millones de años, según descubrimientos recientes.

Una nueva investigación destaca la complejidad del Gran Evento de Oxidación y revela que el aumento de oxígeno atmosférico y oceánico fue un proceso dinámico que duró más de 200 millones de años, influenciado por factores geológicos y biológicos críticos para la evolución de la vida.

El gran evento de oxidación

Hace unos 2.500 millones de años, el oxígeno libre u O₂Primero comenzó a acumularse a niveles significativos en la atmósfera de la Tierra, preparando el escenario para el surgimiento de vida compleja en nuestro planeta en evolución.

Los científicos se refieren a este fenómeno como el Gran Evento de Oxidación, o GOE para abreviar. Pero la acumulación inicial de O₂ en la Tierra no fue tan simple como sugiere ese apodo, según una nueva investigación dirigida por un geoquímico de la Universidad de Utah.

Este «evento» duró al menos 200 millones de años. Y sigue la acumulación de O₂ En los océanos ha sido muy difícil hasta ahora, afirmó Chadlin Ostrander, profesor asistente del Departamento de Geología y Geofísica.

«Los datos emergentes sugieren que el aumento inicial de O₂ en la atmósfera de la Tierra era dinámico y se desarrollaba de forma intermitente hasta quizás el año 2.2. hace mil millones de años», afirmó Ostrander, autor principal del estudio publicado el 12 de junio en la revista Naturaleza. «Nuestros datos validan esta hipótesis, e incluso van un paso más allá al extender esta dinámica al océano».

Chadlin Ostrander. Crédito: Chad Ostrander, Universidad de Utah

Perspectivas de las lutitas marinas

Su equipo de investigación internacional, que cuenta con el apoyo de la NASA Programa de Exobiología, centrado en esquistos marinos del Supergrupo Transvaal de Sudáfrica, que brinda información sobre la dinámica de la oxigenación de los océanos durante este período crucial en la historia de la Tierra. Al analizar las proporciones de isótopos estables de talio (Tl) y elementos sensibles al redox, descubrieron evidencia de variaciones en el O marino.₂ niveles que coincidieron con cambios en el oxígeno atmosférico.

Estos hallazgos ayudan a avanzar en la comprensión de los complejos procesos que formaron el lO de la Tierra.₂ niveles durante un período crítico en la historia del planeta que allanó el camino para la evolución de la vida tal como la conocemos.

Comprender las condiciones oceánicas tempranas

«Realmente no sabemos qué estaba sucediendo en los océanos, donde probablemente se originaron y evolucionaron las primeras formas de vida de la Tierra», dijo Ostrander, quien se unió a la facultad de la Universidad el año pasado desde el Instituto Oceanográfico Woods Hole en Massachusetts. “Así que cuando sepas que lo₂ «El contenido de los océanos y cómo evolucionó con el tiempo es probablemente más importante para la vida temprana que la atmósfera».

La investigación se basa en el trabajo de los coautores de Ostrander, Simon Poulton, de la Universidad de Leeds en el Reino Unido, y Andrey Bekker, de la Universidad de California, Riverside. En un estudio de 2021, su equipo de científicos descubrió que O₂ no se convirtió en parte permanente de la atmósfera hasta unos 200 millones de años después de que comenzara el proceso de oxigenación global, mucho más tarde de lo que se pensaba anteriormente.

Fluctuaciones de oxígeno atmosférico y oceánico

La prueba irrefutable de una atmósfera anóxica es la presencia de firmas de isótopos de azufre poco comunes e independientes de la masa en los registros sedimentarios anteriores al GOE. Pocos procesos en la Tierra pueden generar estas firmas isotópicas de azufre y, por lo que se sabe, su preservación en el registro de rocas casi con certeza requiere una ausencia de O atmosférico.₂.

Durante la primera mitad de la existencia de la Tierra, su atmósfera y océanos estuvieron en gran medida desprovistos de O₂. Al parecer, este gas lo producían cianobacterias en el océano antes del GOE, pero en estos primeros días lO₂ Fue rápidamente destruido en reacciones con minerales expuestos y gases volcánicos. Poulton, Bekker y sus colegas descubrieron que las raras firmas de isótopos de azufre desaparecen pero luego reaparecen, lo que sugiere múltiples O₂ asciende y desciende en la atmósfera durante el GOE. Este no fue un ‘evento único’.

Desafíos en la oxigenación de la Tierra

«El mundo no estaba preparado para ser oxigenado cuando se empezó a producir oxígeno. La Tierra necesitó tiempo para evolucionar biológica, geológica y químicamente para llegar a la oxigenación”, afirmó Ostrander. “Es como un balanceo. Hay producción de oxígeno, pero hay tanta destrucción de oxígeno que no sucede nada. Todavía estamos tratando de entender cuándo inclinamos completamente la balanza y la Tierra no pudo volver a una atmósfera anóxica».

Hoy, oh₂ Representa el 21% de la atmósfera, en peso, sólo superado por el nitrógeno. Pero después del GOE, el oxígeno siguió siendo un componente muy pequeño de la atmósfera durante cientos de millones de años.

Técnicas avanzadas de análisis isotópico

Para rastrear la presencia de O₂ en el océano durante el GOE, el equipo de investigación confió en la experiencia de Ostrander con isótopos estables de talio.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen un número desigual de neutrones, lo que les confiere pesos ligeramente diferentes. Las proporciones de isótopos de un elemento particular han dado lugar a descubrimientos en arqueología, geoquímica y muchos otros campos.

Isótopos de talio e indicadores de oxígeno

Los avances en espectrometría de masas han permitido a los científicos analizar con precisión las proporciones de isótopos de elementos más alejados y más abajo en la tabla periódica, como el talio. Afortunadamente para Ostrander y su equipo, las proporciones de isótopos de talio son sensibles al entierro de óxido de manganeso en el fondo marino, un proceso que requiere O₂ en agua de mar. El equipo examinó los isótopos de talio en las mismas lutitas marinas que recientemente se demostró que rastrean la atmósfera atmosférica.₂ variaciones durante el GOE con isótopos de azufre raros.

En las lutitas, Ostrander y su equipo encontraron enriquecimientos notables en el isótopo de talio de masa más ligera (²⁰³Tl), un modelo que se explica mejor por el entierro de óxido de manganeso en el fondo marino y, por tanto, una acumulación de O₂ en agua de mar. Estos enriquecimientos se encontraron en las mismas muestras que no tenían las raras firmas de isótopos de azufre y, por lo tanto, cuando la atmósfera ya no era anóxica. La guinda del pastel: el ²⁰³Los enriquecimientos de Tl desaparecen cuando regresan las raras firmas de isótopos de azufre. Estos hallazgos fueron corroborados mediante el enriquecimiento de elementos sensibles al redox, una herramienta más clásica para seguir los cambios antiguos de O.₂.

“Cuando los isótopos de azufre dicen que la atmósfera se ha oxigenado, los isótopos de talio dicen que los océanos se han oxigenado. Y cuando los isótopos de azufre dicen que la atmósfera ha vuelto a ser anóxica, los isótopos de talio dicen lo mismo del océano», dijo Ostrander. “De modo que la atmósfera y el océano se estaban oxigenando y desoxigenando juntos. Esta es información nueva y fresca para aquellos interesados ​​en el mundo antiguo”.

Referencia: «Inicio de la oxigenación acoplada atmósfera-océano hace 2.300 millones de años» por Chadlin M. Ostrander, Andy W. Heard, Yunchao Shu, Andrey Bekker, Simon W. Poulton, Kasper P. Olesen y Sune G. Nielsen, 12 de junio de 2024 , Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07551-5