Hace unos 2500 millones de años, el oxígeno libre, también conocido como O2, comenzó a acumularse en cantidades significativas en la atmósfera de la Tierra. Este fue un evento crucial que preparó el terreno para el desarrollo de formas de vida más complejas en nuestro planeta en evolución. Los científicos llaman a este fenómeno la Gran Oxidación, o GOE (Great Oxidation Event) por sus siglas en inglés. Sin embargo, según una nueva investigación liderada por un geoquímico de la Universidad de Utah, el proceso de acumulación de oxígeno en la Tierra no fue tan simple como parece.

Este evento de la Gran Oxidación duró al menos 200 millones de años. Chadlin Ostrander, un profesor asistente en el Departamento de Geología y Geofísica, explica que rastrear cómo se acumuló el oxígeno en los océanos ha sido muy difícil hasta ahora. Según Ostrander, datos recientes sugieren que el aumento inicial de oxígeno en la atmósfera de la Tierra fue dinámico, con altibajos que continuaron hasta hace unos 2200 millones de años. Los nuevos datos de su equipo respaldan esta idea, mostrando que estas fluctuaciones también se reflejaban en los océanos.

El equipo de investigación, que incluye expertos de diferentes países y cuenta con el apoyo del programa de Exobiología de la NASA, se centró en estudiar rocas marinas antiguas de Sudáfrica. Al analizar estas rocas, encontraron evidencia de fluctuaciones en los niveles de oxígeno marino que coincidían con los cambios en el oxígeno atmosférico. Estos hallazgos ayudan a entender los complejos procesos que moldearon los niveles de oxígeno en la Tierra, un factor clave para la evolución de la vida tal como la conocemos hoy.

Ostrander destaca la importancia de conocer el contenido de oxígeno en los océanos, ya que es probable que las primeras formas de vida en la Tierra surgieran y evolucionaran en estos ambientes marinos. A través de esta investigación, se ha descubierto que el oxígeno no se convirtió en una parte estable 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 antes.

Fósil de "Agaricocrinus americanus"
Fósil de «Agaricocrinus americanus» Crédito: Vassil / Wikimedia Commons

La evidencia de una atmósfera sin oxígeno se basa en la presencia de firmas raras de isótopos de azufre en registros de sedimentos antes del GOE. Estas firmas indican la ausencia de oxígeno atmosférico. Durante la primera mitad de la existencia de la Tierra, su atmósfera y océanos carecían en gran parte de oxígeno. Aunque el oxígeno era producido por cianobacterias en los océanos, se destruía rápidamente en reacciones con minerales y gases volcánicos.

Los investigadores descubrieron que las firmas raras de isótopos de azufre desaparecen y reaparecen, lo que sugiere múltiples aumentos y caídas en los niveles de oxígeno durante el GOE. Esto muestra que la acumulación de oxígeno no fue un solo evento, sino un proceso largo y complejo. La Tierra necesitaba tiempo para evolucionar y ser capaz de mantener niveles de oxígeno estables.

Hoy en día, el oxígeno constituye el 21% de la atmósfera, siendo el segundo gas más abundante después del nitrógeno. Pero después del GOE, el oxígeno seguía siendo un componente menor de la atmósfera durante cientos de millones de años. Para rastrear la presencia de oxígeno en los océanos durante el GOE, el equipo utilizó isótopos de talio, que son átomos del mismo elemento con diferentes números de neutrones.

Las proporciones de isótopos de talio son sensibles al enterramiento de óxido de manganeso en el fondo marino, un proceso que requiere oxígeno en el agua de mar. Al estudiar estos isótopos en las rocas marinas, encontraron patrones que indican la acumulación de oxígeno en el océano. Estos hallazgos coincidieron con la desaparición de las firmas raras de isótopos de azufre, lo que sugiere que tanto la atmósfera como los océanos se oxigenaban y desoxigenaban juntos.

Cuando los isótopos de azufre dicen que la atmósfera se oxigenó, los isótopos de talio dicen que los océanos se oxigenaron. Y cuando los isótopos de azufre dicen que la atmósfera volvió a ser anóxica, los isótopos de talio dicen lo mismo para el océano, dijo Ostrander. Así que la atmósfera y el océano se estaban oxigenando y desoxigenando juntos. Esta es información nueva y genial para los interesados en la Tierra antigua.

Fuentes

University of Utah | Ostrander, C.M., Heard, A.W., Shu, Y. et al. Onset of coupled atmosphere–ocean oxygenation 2.3 billion years ago. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586-024-07551-5

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