2 diciembre 2011 — Se afirma de modo universal que la Tierra primitiva tuvo una atmósfera reductora. Se han propuesto modelos de acumulación de los gases después del desprendimiento de las materias volátiles producto de la actividad volcánica. Se pensaba originalmente que esta atmósfera reductora había predominado durante el Precámbrico, pero señales de oxigenación han ido retrocediéndola hasta más allá de las rocas más antiguas descubiertas por los investigadores. Las antiguas alegaciones de una atmósfera reductora tienen otras explicaciones, como la atribución de estados reducidos a la acción de fluidos hidrodinámicos. Esto ha impuesto estrictas limitaciones a las teorías de la abiogénesis, porque los mecanismos propuestos presuponen generalmente una atmósfera reductora. Hacia la época Arqueana más antigua, la atmósfera más antigua era al menos neutra —de modo que se infiere que la abiogénesis tuvo lugar incluso antes de ello. Pero retroceder tanto en el tiempo nos lleva al Bombardeo Intenso Tardío, que generalmente se cree que borró toda traza de cualquier vida que pudiera haber existido. De modo que hay una pequeña ventana en el Hadeano que se cree que ofreció una atmósfera reductora libre del destructor bombardeo.
«Durante décadas, los científicos creyeron que la atmósfera de la Tierra primitiva estaba en una condición sumamente reducida, lo que significa que el oxígeno era sumamente escaso. Estas condiciones de penuria de oxígeno hubieran resultado en una atmósfera repleta de los nocivos gases de metano, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Hasta la fecha persisten unas teorías y estudios con amplia aceptación acerca de cómo pudo elaborarse la vida en la Tierra a partir de este mortífero cóctel atmosférico» (Fuente aquí)
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| Impresión artística de la Tierra Hadeana (fuente aquí) |
El fundamento para una atmósfera reductora Hadeana es completamente teórico. No descansa en ningunos datos empíricos porque es bien poco lo que hay a disposición. Sin embargo, un nuevo estudio de cristales de zircones ha dado algunos fascinantes resultados que permiten que la especulación acerca de la caja negra del Hadeano dé paso a datos empíricos. Se han identificado zircones que llevan signaturas que los identifican con el Hadeano —y los zircones son extraordinariamente estables una vez están formados. Usando zircones con una datación hasta casi 4,4 Ga, los investigadores han analizado su estado redox (una medida del grado de oxigenación del mineral). Esto permite evaluar el tipo de gases que se hubieran desprendido de los magmas, y, por ello, según estos modelos de historia de la Tierra, el tipo de atmósfera que se hubiera formado.
«A diferencia de otros materiales que quedan destruidos con el paso del tiempo por erosión y subducción, ciertos zircones son casi tan antiguos como la Tierra misma. Como tales, los zircones pueden literalmente contar toda la historia del planeta —si sabemos hacer las preguntas correctas. Los científicos trataron de determinar los niveles de oxidación de los magmas que formaron estos antiguos zircones para cuantificar, por primera vez, el nivel de oxidación que tenían los gases liberados en la era temprana de la historia de la tierra. La comprensión del nivel de oxidación podría establecer la diferencia entre un tóxico gas de los pantanos y la mezcla de vapor de agua y de dióxido de carbono a la que estamos actualmente tan acostumbrados, según el autor director del estudio Dustin Trail, un investigador posdoctoral en el Centro para Astrobiología. «Al determinar el estado de oxidación de los magmas que crearon los zircones, podríamos entonces determinar los tipos de gases que luego ingresarían en la atmósfera», decía Trail. (Fuente aquí)
Es importante ser conscientes de lo que predecían las teorías dominantes: se esperaba que el estado redox de los magmas con los que estaban asociados los zircones fuese enérgicamente reductor. Esta predicción es una parte necesaria de la tesis de que la Tierra estuvo cubierta por una atmósfera reductora en el Hadeano. Los resultados de la investigación no confirmaron la predicción. Este es el comentario de los autores de un suelto de News & Views en Nature:
«[En] este número, Trail et al. comunican sus análisis de los únicos supervivientes minerales del Hadeano, muestras de zircones de más de 4 mil millones de años. Sus resultados les permitieron determinar la “fugacidad” del oxígeno en los materiales magmáticos fundidos del Hadeano, una cantidad que actúa como medición de las condiciones redox de los magmas. Cosa inesperada, los zircones registran unas fugacidades de oxígeno idénticas a las del actual manto, lo que lleva a los autores a concluir que los gases volcánicos del Hadeano estaban oxidados en un grado tan alto como los que se emiten en la actualidad.»
El zircón más antiguo descubierto en la Tierra. Cortesía de la NASA.
Para mantener el planteamiento teórico de la atmósfera reductora, se tiene que proceder una vez más a encoger las escalas cronológicas. La ventana es ahora inferior a 150 Ma —justo al comienzo de la historia de la Tierra, precediendo al Bombardeo Intennso Tardío. Si la vida apareció en época tan temprana, tuvo que haber quedado pulverizada antes que el Arqueano proporcionase un medio lo suficientemente estable para la supervivencia de organismos unicelulares.
«Sus resultados extienden el ámbito de oxidación del manto a hace casi 4,4 mil millones de años. Aunque algo tenues, estos son los primeros datos directos del estado redox de la Tierra más primitiva. Si los zircones analizados por los autores son representativos de la Era Hadeana, este resultado encoge la duración de la era de un manto reducido de la Tierra a menos de 150 millones de años. También aumenta el lapso temporal entre la oxidación del manto y la subsiguiente oxidación de la atmósfera [. . .].» (fuente aquí)
Los autores son bien conscientes de las implicaciones de sus investigaciones. Es necesario descartar teorías que exigen una atmósfera reductora en la Tierra: si se quiere mantener el interés en estas teorías, entonces se deberían buscar lugares fuera de la Tierra.
«Las calibraciones revelan una atmósfera con un estado de oxidación cercano a las condiciones actuales. Los resultados proporcionan un importante punto de partida para futuras investigaciones acerca del origen de la vida en la Tierra. [. . .] A pesar de ser la atmósfera en la que la vida respira, vive y florece actualmente, nuestra actual atmósfera oxidante no se contempla como un gran punto de partida para la vida. El metano y sus correlativos pobres en oxígeno tienen mucho más potencial biológico para saltar desde compuestos inorgánicos a aminoácidos y ADN para la el soporte de la vida. Por ello, Watson cree que el descubrimiento de su grupo puede revigorizar teorías de que quizá estos componentes de la vida no fueron creados en la Tierra, sino transportados desde algún otro lugar en la galaxia» (Fuente aquí).
Hay dos cuestiones importantes que se deben abordar aquí. La primera tiene que ver con la importancia de los datos empíricos para desarrollar teorías. El problema en el caso de cualquier ciencia histórica es que es relativamente fácil que las especulaciones lleguen a una situación dominante porque a menudo la prueba de las hipótesis con referencia a datos empíricos constituye un problema. La abiogénesis es un ejemplo de ello. El escenario de la atmósfera reductora y los mecanismos para transformar sustancias químicas simples en células autorreplicantes han recibido un desarrollo teórico que ha ido mucho más allá del fundamento de los datos. ¡Los investigadores se han vuelto tan confiados que han generado el espejismo de que es anticientífico plantear un desafío a consenso! Sin embargo, han tenido que emprender una retirada ante la realidad de los datos. La atmósfera del Arqueano resultó no reductora, de modo que los teorizantes emprendieron la retirada al Hadeano, donde los datos son casi inexistentes. Y allí pudieron asentarse ... ¡hasta la semana pasada! Ahora tienen que revisar sus teorías para hacer que todo suceda durante los primeros 150 Ma de la historia de la Tierra (y que de alguna manera algo milagrosa se sobreviva al bombardeo), o bien desplazarlo todo a «algún otro lugar de la galaxia». Si el lector conoce el argumento del llamado «Dios de los huecos», este caso parece ajustarse bien a dicho patrón de forma recíproca: el argumento procede de una teoría sin soporte de datos, y se da una retirada progresiva en respuesta a los datos que aparecen, hasta llegar al punto en el que la teoría resulta insostenible.
Lo segundo a mencionar es que la ciencia no ha exhibido el elemento de autocorrección, como se supone que debe hacer. Durante unos 30 años se han conocido datos de que la atmósfera primitiva de la tierra no era reductora. Jonathan Wells ha resumido la evidencia procedente de investigaciones que milita en contra de una atmósfera reductora en su libro Icons of Evolution (2000). Allí hace referencia a geólogos que ya en 1982 declaraban que tal concepto era un mero «dogma». ¡Sin embargo, la atmósfera reductora ha persistido en libros de texto, en los medios de comunicación y en la misma comunidad dedicada a la investigación hasta nuestros mismos días! Estos nuevos resultados de las investigaciones plantea un renovado desafío a la comunidad científica: es ya hora de revisar los libros de texto y de seguir la evidencia a donde conduce.
The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth's atmosphere [El estado de oxidación de los magmas Hadeanos y sus implicaciones para la atmósfera primitiva de la tierra
Dustin Trail, E. Bruce Watson & Nicholas D. Tailby
Nature, 480, 79-82, (01 diciembre 2011) | doi:10.1038/nature10655
Dustin Trail, E. Bruce Watson & Nicholas D. Tailby
Nature, 480, 79-82, (01 diciembre 2011) | doi:10.1038/nature10655
El desprendimiento gaseoso de las materias volátiles del interior de la Tierra desempeñó probablemente una parte crítica en la determinación de la composición de la atmósfera más primitiva, hace más de 4.000 millones de años. Dado un inventario elemental de hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre, la identidad de las especies moleculares en las emanaciones gaseosas de los volcanes depende críticamente de la presión (fugacidad) del oxígeno. Las materias en fusión reducidas con fugacidades de oxígeno cercanas a la definida por el tampón hierro-wüstita producirían especies volátiles como CH4, H2, H2S, NH3 y CO, mientras que materias en fusión cercanas al tampón fayalita-magnetita-cuarzo serían similares a las correspondientes en las condiciones actuales y estarían dominadas por H2O, CO2, SO2 y N2. Las limitaciones directas sobre el estado de oxidación de los magmas terrestres 3.850 millones de años antes del presente (es decir, la era Hadeana) son tenues porque el registro de las rocas es parco o ausente. Las muestras procedentes de este antiquísimo período de la historia de la tierra se limitan a zircones detritales ígneos que predatan al registro conocido de las rocas, con edades que se aproximan a ~4.400 Ma. Aquí comunicamos una calibración sensible al redox para determinar el estado de oxidación de las materias de fusión magmáticas del Hadeano que se basa en la incorporación de cerio en los cristales de zircón. Encontramos que las materias fundidas tienen unas fugacidades de oxígeno medias consecuentes con un estado de oxidación definido por el buffer fayalita-magnetita, similar a las condiciones actuales. Además, unos zircones seleccionados del Hadeano (con características químicas consistentes con la cristalización específicamente de materias fundidas derivadas del manto) sugieren fugacidades del oxígeno similares a las de lavas del Arqueano y del presente ya en época tan remota como ~4.350 Ma antes del presente. Estos resultados sugieren que el desprendimiento gaseoso del interior de la Tierra con posterioridad a ~200 Ma en el curso de la historia de la formación del Sistema Solar no hubieran resultado en una atmósfera reductora.
Redox state of early magmas [Estado redox de magmas primigenios]
Bruno Scaillet & Fabrice Gaillard
Nature, 480, 48-49 (01 diciembre 2011) | doi:10.1038/480048a
Bruno Scaillet & Fabrice Gaillard
Nature, 480, 48-49 (01 diciembre 2011) | doi:10.1038/480048a
Un estudio de cerio en minerales de zircón ha permitido la evaluación de las condiciones redox dominantes cuando se formaron los magmas más primigenios de la Tierra. Los resultados sugieren que el manto quedó oxidado más tempranamente de lo que se creía.
Véase también:
Setting the Stage for Life: Scientists Make Key Discovery About the Atmosphere of Early Earth [La preparación del escenario para la vida: Los científicos hacen un descubrimiento fundamental acerca de la atmósfera de la Tierra Primitiva], ScienceDaily (30 noviembre 2011)
Fuente: Access Research Network – Time to end speculation about a reducing atmosphere for the early Earth
Redacción: David Tyler © 2011 Access Research Network - www.arn.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2011 - www.sedin.org
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