Así fue como la Tierra perdió casi todo su oxígeno

Cuando la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, la atmósfera carecía casi por completo de oxígeno. Pero hace 2.430 millones de años, algo sucedió: los niveles de oxígeno empezaron a aumentar, y después a disminuir, al mismo tiempo que se producían cambios masivos en el clima, incluidas varias glaciaciones que probablemente cubrieron el planeta entero con hielo.

Las firmas químicas de las rocas que se formaron durante este periodo sugieren que hace 2.320 millones de años el oxígeno era ya un elemento permanente de la atmósfera terrestre. Pero un nuevo estudio publicado en 'Nature' y llevado a cabo por investigadores de varias universidades europeas y norteamericanas ha descubierto que ese proceso, conocido como 'la Gran Oxidación' , no fue del todo así. Los niveles de oxígeno, en efecto, siguieron subiendo y bajando durante otros larguísimos 100 millones de años, e incluso hubo un momento en que el oxígeno casi estuvo a punto de desaparecer. El punto de inflexión a partir del que ese gas esencial para la vida se volvió estable y permanente, pues, no se produjo hasta hace 2.200 millones de años.

En palabras de Andrey Bekker, geólogo de la Universidad de California en Riverside y coautor del estudio, "sólo ahora empezamos a comprender la complejidad de este evento".

La mayor parte del oxígeno creado durante la Gran Oxidación fue producido por cianobacterias marinas , un tipo de organismo capaz de producir energía a través de la fotosíntesis, cuyo principal subproducto es, precisamente, el oxígeno. Con el tiempo, pues, aquellas primeras cianobacterias produjeron el oxígeno suficiente como para reestructurar para siempre la faz de la Tierra.

La "firma" de estos cambios es aún visible en rocas sedimentarias marinas. En una atmósfera sin oxígeno, en efecto, estas rocas contienen ciertos isótopos de azufre. Pero cuando el oxígeno aumenta, esos isótopos desaparecen porque las reacciones químicas que los crean no pueden ocurrir en presencia de oxígeno.

Bekker y sus colegas han estudiado durante mucho tiempo la historia de estos reveladores isótopos de azufre. Y gracias a eso pudieron observar que los aumentos y caídas de los niveles de oxígeno en la atmósfera parecían coincidir con tres glaciaciones globales de las cuatro que ocurrieron entre hace 2.500 y 2.200 millones de años. Para sorpresa de los científicos, ni su estudio ni otros anteriores consiguieron relacionar la cuarta y última glaciación de ese periodo con cambios en los niveles de oxígeno atmosférico.

Los investigadores estaban desconcertados. "¿Por qué -se pregunta Bekker- tenemos cuatro eventos glaciares de los que tres pueden explicarse con las variaciones de oxígeno atmosférico, pero el cuarto es independiente?"

Para averiguarlo, el equipo de investigadores estudió una serie de rocas marinas más jóvenes de Suráfrica. Rocas que cubrían la última parte de la Gran Oxidación, desde el final de la tercera glaciación hasta hace 2.200 millones de años.

Lo que descubrieron fue que después del tercer evento de glaciación, la atmósfera se quedó casi sin oxígeno, que después retomó nuevamente sus periodos de subidas y bajadas. El nivel de oxígeno volvió a crecer hace 2.320 millones de años, el punto en que los científicos pensaban hasta ahora que el aumento se hizo permanente. Pero en las rocas más jóvenes, Bekker y su equipo detectaron de nuevo una caída en los niveles de oxígeno que coincidió con la glaciación final, a la que anteriormente no se había relacionado con cambios atmosféricos.

"El oxígeno atmosférico durante este tiempo temprano -prosigue Bekker- era muy inestable y subió a niveles relativamente altos y cayó a niveles muy bajos. Y eso es algo que no esperábamos hasta quizá hace unos cuatro o cinco años".

Los investigadores están aún tratando de averiguar cuál fue la causa de todas esas fluctuaciones, aunque tienen algunas ideas al respecto. Un factor clave, dicen, fue el metano , un gas de efecto invernadero que atrapa el calor de forma más eficiente que el dióxido de carbono. En la actualidad, el metano juega un papel pequeño en el calentamiento global en comparación con el dióxido de carbono, porque el metano reacciona con el oxígeno y desaparece de la atmósfera en aproximadamente una década, mientras que el dióxido de carbono permanece durante cientos de años. Pero cuando había muy poco o ningún oxígeno en la atmósfera, el metano duraba mucho más y era el gas de efecto invernadero más importante.

Según los científicos, entonces, lo que sucedió fue algo como esto: las cianobacterias comenzaron a producir oxígeno, que reaccionó con el metano en la atmósfera y dejó solo dióxido de carbono. Ese dióxido de carbono no era lo suficientemente abundante para compensar el efecto de calentamiento del metano perdido, por lo que el planeta comenzó a enfriarse. Los glaciares se extendieron y la superficie del planeta se volvió helada y fría.

Sin embargo, los volcanes subglaciales salvaron al planeta de una congelación profunda permanente. La actividad volcánica finalmente elevó los niveles de dióxido de carbono lo suficiente como para calentar la Tierra nuevamente. Y mientras la producción de oxígeno se retrasaba en los océanos cubiertos de hielo debido a que las cianobacterias recibían menos luz solar, el metano de los volcanes y los microorganismos terrestres empezaron de nuevo a producirlo, calentando aún más la atmósfera.

El dióxido de carbono volcánico, además, tuvo otro efecto importante. Al reaccionar con el agua de lluvia, en efecto, forma ácido carbónico, que disuelve las rocas mucho más rápidamente que el agua con PH neutro. Y esta meteorización más rápida de las rocas lleva más nutrientes, como el fósforo, hasta los océanos.

Según los investigadores, hace más de 2.000 millones de años tal afluencia de nutrientes llevó a las cianobacterias marinas productoras de oxígeno a un frenesí productivo, aumentando nuevamente los niveles de oxígeno atmosférico, reduciendo el metano y comenzando el ciclo completo nuevamente.

Finalmente, otro cambio geológico rompió este ciclo de oxigenación-glaciación. El patrón parece haber terminado hace unos 2.200 millones de años cuando el registro de rocas indica un aumento en el carbono orgánico enterrado, lo que sugiere que los organismos fotosintéticos estaban en su apogeo.

Lo cierto es que nadie sabe exactamente qué provocó este punto de inflexión, aunque Bekker y sus colegas plantean la hipótesis de que la actividad volcánica en este período proporcionó una nueva afluencia de nutrientes a los océanos, dando finalmente a las cianobacterias todo lo que necesitaban para prosperar.

En este punto, dijo Bekker, los niveles de oxígeno ya eran lo suficientemente altos como para suprimir permanentemente la influencia sobredimensionada del metano en el clima, y el dióxido de carbono de la actividad volcánica y otras fuentes se convirtió en el gas de efecto invernadero dominante para mantener el planeta caliente.