Crédito: PHIL HARTMEYER / NOAA THUNDER BAY NATIONAL MARINE SANCTUARY.
Hoy en día, el oxígeno alimenta gran parte de la vida en la Tierra, pero no siempre fue así. Hace tres mil millones de años, este gas escaseaba en la atmósfera y los océanos. Saber por qué el oxígeno se volvió abundante podría iluminar la evolución de la flora y fauna de nuestro planeta, pero los científicos han luchado por encontrar una explicación satisfactoria para todos. Ahora, un equipo de investigación ha propuesto un vínculo novedoso entre la rapidez con la que nuestro planeta gira sobre su eje, que define la duración de un día, y la antigua producción de oxígeno adicional. Su modelado de los primeros días de la Tierra, que incorpora evidencia de esteras microbianas que cubren el fondo de un sumidero poco profundo e iluminado por el Sol en el lago Huron, produjo una conclusión sorprendente: a medida que el giro de la Tierra se desacelera, los días más largos resultantes podrían haber desencadenado más fotosíntesis de esteras similares.
Esa propuesta, descrita en Nature Geoscience, ha intrigado a algunos científicos. “El aumento del oxígeno [en la Tierra] es fácilmente el cambio ambiental más sustancial en la historia de nuestro planeta”, dice Woodward Fischer, Geobiólogo del Instituto de Tecnología de California que no participó en el trabajo. Este estudio ofrece “un aderezo totalmente nuevo de una idea. Es establecer una conexión que la gente no ha hecho antes».
La Tierra era muy diferente cuando la vida se afianzó por primera vez hace unos 4 mil millones de años, con vastos mares poco profundos cuyas únicas criaturas vivientes eran unicelulares. Muchos de esos primeros microbios eran cianobacterias, que pueden formar esteras en los sedimentos y las superficies rocosas y, en la actualidad, a veces causan proliferaciones de algas mortales para los peces y otros animales acuáticos. Los microbios que se convirtieron en cianobacterias desarrollaron la maquinaria molecular para la fotosíntesis desde el principio, lo que les permitió convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares y oxígeno. Los investigadores han pensado durante mucho tiempo que estos microbios proporcionaron el suministro inicial de oxígeno a la Tierra, durante eones, creando un entorno que favoreció la evolución de la vida aeróbica en todas sus formas. Pero siempre se preguntaron por qué pasaron unos mil millones de años entre los primeros microbios fotosintéticos, que según los fósiles surgieron hace unos 3.500 millones de años.
El sistema Tierra – Luna y la desaceleración del giro de la Tierra
Los investigadores ya sabían, al modelar la distancia de la Luna a la Tierra y las mareas atmosféricas y oceánicas resultantes, que la Tierra recién nacida giraba mucho más rápido sobre su eje que en la actualidad. Muchos están de acuerdo en que hace 4.500 millones de años, un día duraba solo unas 6 horas. Hace unos 2.400 millones de años, predicen los modelos, la atracción de la Luna había ralentizado ese giro a unas 21 horas al día. La velocidad de rotación de la Tierra se mantuvo constante durante aproximadamente mil millones de años, mientras su atracción gravitacional contrarrestaba la resistencia de la Luna. Esas fuerzas se desequilibraron hace unos 700 millones de años, porque el ciclo de resonancia entre la Tierra y la Luna no es completamente estable, y el giro del planeta se desaceleró a su velocidad actual, creando un día de 24 horas, según los modelos.
Vislumbrando una relación entre la desaceleración del giro de la Tierra y el oxígeno atmosférico
En 2016, después de una sugerencia casual, Judith Klatt, Biogeoquímica ahora en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, se dio cuenta de que esas desaceleraciones en la velocidad de giro de la Tierra reflejaban grandes saltos en el oxígeno atmosférico. Por ejemplo, el oxígeno saltó por primera vez durante lo que se llama el Gran Evento de Oxigenación, hace unos 2.400 millones de años, y luego nuevamente durante la era Neoproterozoica, más de mil millones de años después. Durante el Paleozoico, hace unos 400 millones de años, hubo un gran aumento final en el oxígeno atmosférico.
Como postdoctorado en la Universidad de Michigan, Ann Arbor, Klatt había estudiado las esteras microbianas que crecían en sedimentos en el sumidero de Middle Island en el lago Huron. Allí, el agua es lo suficientemente poco profunda como para que las cianobacterias reciban suficiente luz solar para la fotosíntesis. El agua empobrecida en oxígeno y el gas azufre burbujean desde el fondo del lago, creando condiciones anóxicas que se aproximan a las condiciones de la Tierra primitiva.
Realizando pruebas en el laboratorio y haciendo un modelo
Los buzos recolectaron muestras de las esteras microbianas y en el laboratorio, Klatt rastreó la cantidad de oxígeno que liberaron durante varios días simulados con lámparas halógenas. Cuanto más larga es la exposición a la luz, más gas liberan las alfombrillas.
Emocionados, Klatt y Arjun Chennu, modelador del Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical, establecieron un modelo numérico para calcular cuánto oxígeno podrían haber producido las cianobacterias antiguas a escala global. Cuando los resultados de la estera microbiana y otros datos se conectaron a este programa informático, se reveló una interacción clave entre la exposición a la luz y las esteras microbianas.
Por lo general, las esteras microbianas «respiran» casi tanto oxígeno por la noche como lo producen durante el día. Pero a medida que el giro de la Tierra disminuyó, las horas adicionales continuas de luz diurna permitieron que las esteras simuladas acumularan un excedente, liberando oxígeno al agua. Como resultado, el oxígeno atmosférico siguió la duración estimada del día durante eones: ambos subieron de forma escalonada con una meseta larga.
¿Los días más largos aumentaron el oxígeno?
Los modelos sugieren que la cantidad de oxígeno en la Tierra aumentó de manera escalonada, comenzando con el Gran Evento de Oxigenación (GOE) hace unos 2.400 millones de años, seguido de una meseta durante «unos aburridos mil millones» de años. El oxígeno volvió a subir en el Evento de Oxigenación Neoproterozoica (NOE) y el Evento de Oxidación Paleozoica (POE). La duración del día aumentó en el mismo patrón escalonado, lo que sugiere que la luz agregada impulsó los microbios fotosintéticos, alimentando los aumentos de oxígeno.
Esta «elegante» idea ayuda a explicar por qué el oxígeno no se acumuló en la atmósfera tan pronto como aparecieron las cianobacterias en escena hace 3.500 millones de años, dice Timothy Lyons, Biogeoquímico de la Universidad de California en Riverside. Debido a que la duración del día todavía era tan corta en ese entonces, el oxígeno en las esteras nunca tuvo la oportunidad de acumularse lo suficiente como para difundirse. “Los largos días simplemente permiten que escape más oxígeno a las aguas suprayacentes y, finalmente, a la atmósfera”, dice Lyons.
Aún así, dicen Lyons y otros, es probable que muchos factores contribuyan al aumento del oxígeno. Por ejemplo, Fischer sospecha que las cianobacterias que flotan libremente, no solo las que se encuentran en las esteras pegadas a las rocas, fueron actores importantes. Benjamin Mills, modelador del sistema terrestre de la Universidad de Leeds, cree que la liberación de minerales que se unen al oxígeno por parte de volcanes antiguos probablemente contrarrestó la acumulación temprana del gas en ocasiones y debería tenerse en cuenta en los cálculos de oxígeno.
No obstante, cambiar la duración del día «es algo que debe considerarse con más detalle», dice. «Intentaré agregarlo a nuestros modelos del sistema terrestre».
Fuente: Science.
Artículo original: ‘Totally new’ idea suggests longer days on early Earth set stage for complex life‘. Elizabeth Pennisi. Aug. 2, 2021.
Material relacionado
La noticia por la Universidad de Michigan:
- Lake Huron sinkhole surprise: The rise of oxygen on early Earth linked to changing planetary rotation rate. Michigan News / Universty of Michigan. August 2, 2021.
El oxígeno en las rocas antiguas revela nuevos detalles de su propia historia temprana en la Tierra
A pesar de ser testigo de su propio aumento en la atmósfera de la Tierra hace entre 2.500 y 2.300 millones de años, el oxígeno ha tenido relativamente poco que decir sobre su propia historia temprana hasta ahora. Un estudio reciente financiado por la UE ofrece una nueva perspectiva de una de las historias más importantes de la historia de la Tierra: el aumento del oxígeno.
- El oxígeno en las rocas antiguas revela nuevos detalles de su propia historia temprana en la Tierra. CORDIS. Mayo 13, 2016.
La danza entre la Luna y la Tierra.
Debido a que la Tierra gira más rápido que lo que la Luna lo hace en su órbita (24 horas contra 27 días), nuestro planeta obliga a la posición de la marea alta a ocurrir delante de donde está la Luna, no directamente debajo de la Luna (ver diagrama). Básicamente, la Tierra está empujando la marea alta por delante de la Luna. Se necesita energía para que la Tierra haga avanzar la marea de esta manera y cada vez que una marea oceánica se encuentra con un continente, gran parte de esa energía se pierde. Por lo tanto, las mareas están drenando energía de la rotación de la Tierra, disminuyendo su velocidad. Debido a esta pérdida de energía de rotación en aproximadamente mil millones de años, la Tierra girará a la misma velocidad que la Luna la orbita. Ambos mantendrán los mismos lados uno frente al otro. Esta es la configuración actual del sistema Pluto-Charon. También, hace unos pocos miles de millones de años, la misma pérdida de energía rotacional impulsada por los efectos de la marea ralentizó a la Luna hasta que mantuvo el mismo lado hacia la Tierra. Las mareas levantadas en la Luna por la Tierra causaron que eso sucediera (note que las mareas en la Luna ocurren en la corteza rocosa).
Crédito: Planetary Science Institute.
Neil Armstrong, Buzz Aldrin y Michael Collins se retiraron de la Luna hace 51 años. Sin embargo uno de los experimentos que dejaron allí continúa devolviendo nuevos datos hasta el día de hoy. Se trata de las matrices de prismas que reflejan la luz hacia su fuente, y permiten la comprensión de varios aspectos del sistema “Tierra – Luna”. Junto con los astronautas de Apolo 11, los de Apolo 14 y 15 también dejaron matrices: los del Apolo 11 y 14 tienen 100 prismas de vidrio de cuarzo (llamados cubos de esquina) cada uno, mientras que la matriz de Apolo 15 tiene 300.
Hemos podido medir el alejamiento anual de la Luna (de la Tierra), lo que nos permitó comprender la disminución del día terrestre en el tiempo.
El artículo siguiente, lo explica y contiene además recursos sobre el tema:
- El experimento de APOLO que sigue dando resultados. Carlos Costa. Julio 27, 2019.
Curiosidades
Hace 70 millones de años, los días eran 30 minutos más cortos, según surge del estudio de esta antigua almeja.
Crédito: Wikipedia \ Wilson44691.
¿La humanidad lo ha estado haciendo todo mal? Estamos ocupados mirando al espacio con nuestros telescopios futuristas y ultrapotentes, hipnotizados por nebulosas etéreas y otros objetos maravillosos. Simultáneamente tratanmos de descifrar los secretos bien guardados del Universo. Resulta que las humildes y antiguas almejas tienen algo que decirnos.
Un estudio presenta evidencia que muestra que la duración del día en la Tierra ha crecido desde el período Cretácico.
La siguiente publicación lo expone, junto a una selección de recursos sobre la duración del día terrestre.
- Hace 70 millones de años, los días eran 30 minutos más cortos, según surge del estudio de esta antigua almeja. Carlos Costa. Sociedad Astronómica Octante, SAO. Marzo 18, 2020.