Los estudios de esquisto marino y datos isotópicos del período del Gran Evento de Oxidación revelan fluctuaciones dinámicas de oxígeno en la atmósfera y los océanos primitivos de la Tierra, destacando la naturaleza prolongada y compleja de esta etapa evolutiva crítica. Crédito: SciTechDaily.com

Según hallazgos recientes, el “Gran Evento de Oxidación” de la Tierra ocurrió hace más de 200 millones de años.

Una nueva investigación destaca la complejidad del Gran Evento de Oxidación y revela que el aumento del 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 O_doscomenzó 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 O_dos en la Tierra no fue tan simple como sugiere el apodo, según una nueva investigación dirigida por un geoquímico de la Universidad de Utah.

Este «evento» duró al menos 200 millones de años. Y rastreando la acumulación de O_dos 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 O_dos en la atmósfera de la Tierra era dinámico, desarrollándose a trompicones hasta quizás el 2.2. Hace mil millones de años”, dijo Ostrander, autor principal del estudio publicado el 12 de junio en la revista Naturaleza. «Nuestros datos validan esta hipótesis y van un paso más allá al extender esta dinámica al océano».

Chadlin Ostrander. Crédito: Chad Ostrander, Universidad de Utah

Perspectivas sobre el esquisto marino

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

Estos descubrimientos ayudan a avanzar en la comprensión de los complejos procesos que dieron forma al O de la Tierra._dos 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 tempranas del océano

«Realmente no sabemos qué estaba sucediendo en los océanos, donde probablemente se originaron y evolucionaron las primeras formas de vida en la Tierra», dijo Ostrander, quien se unió a la facultad de la Universidad el año pasado procedente del Instituto Oceanográfico Woods Hole en Massachusetts. “Entonces, conociendo la O_dos El contenido de los océanos y cómo evolucionó con el tiempo es probablemente más importante para el comienzo de la vida 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 2021su equipo de científicos descubrió que O_dos Sólo se convirtió en parte permanente de la atmósfera 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 evidencia irrefutable de una atmósfera anóxica es la presencia de firmas de isótopos de azufre poco comunes e independientes de la masa en registros sedimentarios anteriores al GOE. Muy pocos procesos en la Tierra pueden generar estas firmas de isótopos de azufre y, por lo que se sabe, su preservación en el registro de rocas casi con certeza requiere una ausencia de O atmosférico._dos.

Durante la primera mitad de la existencia de la Tierra, su atmósfera y océanos estuvieron en gran medida desprovistos de O_dos. Al parecer, este gas lo producían cianobacterias en el océano antes del GOE, pero en estos primeros días el O_dos 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 O_dos sube y baja en la atmósfera durante el GOE. Este no fue un «evento» aislado.

Desafíos en la oxigenación de la Tierra

“La Tierra no estaba preparada para ser oxigenada cuando se empezó a producir oxígeno. La Tierra necesitó tiempo para evolucionar biológica, geológica y químicamente para conducir a la oxigenación”, dijo Ostrander. “Es como un balancín. Tienes producción de oxígeno, pero hay tanta destrucción de oxígeno que no pasa nada. Todavía estamos tratando de determinar cuándo hemos inclinado completamente la balanza y la Tierra no puede volver a una atmósfera anóxica”.

Hoy el_dos Es responsable del 21% del peso de la atmósfera, 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 de isótopos

Para rastrear la presencia de O_dos en el océano durante GOE, el equipo de investigación se basó 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 determinado han impulsado 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 cada vez más bajos 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 O_dos en agua de mar. El equipo examinó isótopos de talio en las mismas lutitas marinas que recientemente se ha demostrado que rastrean el O atmosférico._dos fluctuaciones 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 patrón que se explica mejor por el entierro de óxido de manganeso en el fondo marino y, por lo tanto, la acumulación de O_dos en agua de mar. Estos enriquecimientos se encontraron en las mismas muestras sin 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 por enriquecimientos de elementos sensibles a redox, una herramienta más clásica para rastrear cambios en el O antiguo._dos.

“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 vuelve 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 e interesante para aquellos interesados ​​en la Tierra antigua”.

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 , 2024, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07551-5