Una breve historia del oxígeno en la Tierra

Desde la atmósfera hasta los confines más profundos de los océanos, los diferentes entornos en los que se desarrolla la vida en la Tierra están altamente oxigenados. Hoy sabemos casi con certeza que la mayor parte del oxígeno en la atmósfera terrestre procede de un evento que tuvo lugar entre hace unos 2800 millones de años —cuando se cree que surgieron los primeros microorganismos productores de oxígeno, las llamadas cianobacterias— y algún momento entre hace 2400 y 2050 millones de años, punto de la historia de la Tierra en el que tuvo lugar lo que se conoce como el Gran Holocausto de Oxígeno, un pequeño periodo de tiempo -geológicamente hablando- en el que la proliferación de estos microorganismos produjo unas cantidades masivas de oxígeno que cambió para siempre la vida en nuestro planeta.

Podríamos considerar la presencia oxígeno una anomalía en la historia geológica de nuestro planeta

De hecho, la también conocida como Crisis del Oxígeno se considera a día de hoy una de las mayores catástrofes ambientales acontecidas en la Tierra. Una catástrofe la cual se calcula que fue la causante de una extinción masiva que acabó con gran parte de las especies que habitaban en nuestro planeta, pero al fin al cabo, gracias a la cual estamos aquí.

Sabemos pues de donde viene el oxígeno que respiramos. Sin embargo, al haber sido producido por las formas de vida surgidas al comienzo del Paleoproterozoico, podríamos considerar su presencia una anomalía en la historia geológica de nuestro planeta. Y en este sentido los científicos siempre se han preguntado por la escala de tiempo a la que tiene lugar este fenómeno, o por decirlo de una manera más sencilla, hasta cuando nuestra atmósfera dispondrá del oxígeno necesario para soportar una biosfera tal y como hoy la conocemos; una pregunta no solo con implicaciones para la vida en la Tierra, si no también para la búsqueda de vida en planetas similares a esta más allá del sistema solar.

Oxígeno para 1000 millones de años

Ahora un nuevo estudio publicado en la revista Nature Geoscience bajo el título The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere aborda este problema utilizando un modelo numérico que aúna biogeoquímica y climatología, y revela que la vida útil futura de la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra es de aproximadamente 1000 millones de años.

«Durante muchos años, la vida útil de la biosfera de la Tierra se ha debatido en base a lo que sabemos sobre el sol y el ciclo geoquímico carbonato-silicato global» explica Kazumi Ozaki, profesor asistente en la Universidad de Toho. El ciclo carbonato-silicato global es uno de los mecanismos que permiten que la temperatura media de nuestro planeta se mantenga en equilibrio dentro de unos márgenes que permiten la existencia de agua líquida. Este funciona de modo que al aumentar la temperatura global, consecuentemente aumenta la erosión de las rocas, liberando el calcio atrapado en ellas al mar, y estimulando la formación de rocas calizas que secuestran de nuevo el CO₂ atmosférico.

«Se piensa que la biosfera de la Tierra llegará a su fin en los próximos 2.000 millones de años debido a una combinación de sobrecalentamiento y una escasez de CO2 para la fotosíntesis»

Por contra intuitivo que pueda parecer, a largo plazo; a una escala de tiempo geológica, esta progresiva retirada de CO₂ atmosférico tendría como resultado final la extinción de todo el CO₂ de la atmósfera de la Tierra. «De hecho, generalmente se piensa que la biosfera de la Tierra llegará a su fin en los próximos 2.000 millones de años debido a una combinación de sobrecalentamiento y una escasez de CO₂ para la fotosíntesis. Y de ser cierto, cabe esperar que del mismo modo los niveles de O₂ atmosférico decaigan en un futuro lejano», continúa Ozaki. «Sin embargo, sigue sin estar demasiado claro cuándo y cómo ocurrirá esto exactamente», añade el autor.

Atmósferas con fecha de caducidad

Para examinar cómo evolucionará la atmósfera de la Tierra en el futuro, Ozaki y su colega del Instituto de Tecnología de Georgia, Christopher Reinhard, construyeron un modelo del sistema terrestre que combinó procesos tanto climáticos como biogeoquímicos. Debido a que el modelado de la evolución futura de la Tierra presenta múltiples incertidumbres, tanto de naturaleza geológica como biológica, se adoptó un enfoque estocástico que permitió a los investigadores obtener una evaluación probabilística de la vida útil de una atmósfera oxigenada.

«La atmósfera posterior a la Gran Desoxigenación se caracterizará por altos niveles de metano, bajos niveles de CO₂ y una capa de ozono ausente. El sistema terrestre probablemente será un mundo de formas de vida anaeróbicas»

Ozaki ejecutó el modelo más de 400.000 veces variando los distintos parámetros y descubrió que nuestra atmósfera ahora rica en oxígeno probablemente permanecerá relativamente estable durante otros 1000 millones de años antes de que su produzca una rápida desoxigenación equivalente al Gran Evento de Oxidación que tuvo lugar hace unos 2400 años y que convertirá la atmósfera de nuestro planeta en algo parecido a lo que fue la atmósfera de la Tierra primitiva. «La atmósfera posterior a la Gran Desoxigenación se caracterizará por altos niveles de metano, bajos niveles de CO₂ y una capa de ozono ausente. El sistema terrestre probablemente se convertirá en un mundo de formas de vida anaeróbicas», afirma Ozaki.

La atmósfera rica en oxígeno de la Tierra representa un signo importante de vida que puede detectarse de forma remota. Sin embargo, este estudio sugiere que la atmósfera oxigenada de la Tierra, la cual se presume que tiene un tiempo de vida útil en torno al 20-30% del tiempo que nuestro planeta ha estado habitado, no sería una característica permanente de nuestro planeta

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El oxígeno —y su subproducto fotoquímico, el ozono— es la firma biológica más aceptada para la búsqueda de vida en los exoplanetas. No obstante, si podemos extrapolar la información que se desprende del estudio de Ozaki a planetas similares a la Tierra, entonces los científicos deberían considerar firmas biológicas adicionales a la hora de buscar vida más allá de nuestro sistema solar y contemplar de esta manera mundos anóxicos y débilmente oxigenados.