El enfriamiento rápido dentro del manto de la Tierra a través de la tectónica de placas jugó un papel importante en el desarrollo de las primeras formas de vida y la oxigenación de la atmósfera.

Científicos de las universidades de Curtin y Adelaida, en Australia, y California Riverside, reunieron y analizaron datos sobre rocas ígneas de repositorios de datos geológicos y geoquímicos en Australia, Canadá, Nueva Zelanda, Suecia y los Estados Unidos . Descubrieron que durante los 4.500 millones de años de desarrollo de la Tierra, rocas ricas en fósforo se acumularon en la corteza terrestre. Luego miraron la relación de esta acumulación con la del oxígeno en la atmósfera.

El fósforo es esencial para la vida tal como la conocemos. Los fosfatos, que son compuestos que contienen fósforo y oxígeno, forman parte de las redes troncales del ADN y el ARN, así como de las membranas de las células, y ayudan a controlar el crecimiento y la función de las células.

Para descubrir cómo el nivel de fósforo en la corteza terrestre ha aumentado con el tiempo, los científicos estudiaron cómo se formó la roca a medida que el manto de la Tierra se enfriaba. Realizaron modelos para descubrir cómo las rocas derivadas del manto cambiaron la composición como consecuencia del enfriamiento a largo plazo del manto.

Sus resultados, publicados en Earth and Planetary Science Letters, sugieren que durante un período temprano y más cálido en la historia de la Tierra, el período arcaico entre hace 4.000 y 2.500 millones de años, había una mayor cantidad de manto fundido. El fósforo habría estado demasiado diluido en estas rocas. Sin embargo, con el tiempo, la Tierra se enfrió lo suficiente, ayudada por el inicio de la tectónica de placas, en la que la corteza exterior más fría del planeta es subducida de nuevo al manto caliente. Con este enfriamiento, el manto parcial se derrite se hizo más pequeño.

Como explica Grant Cox, un científico de la Universidad de Adelaide y coautor del estudio, el resultado es que «el fósforo se concentrará en un pequeño porcentaje de derretimientos, de modo que a medida que se enfríe el manto, la cantidad de masa fundida el extracto es más pequeño, pero ese deshielo tendrá mayores concentraciones de fósforo en él «.

El fósforo se concentró y cristalizó en un mineral llamado apatita, que se convirtió en parte de las rocas ígneas que se crearon a partir del manto frío. Eventualmente, estas rocas alcanzaron la superficie de la Tierra y formaron una gran proporción de la corteza. Cuando los minerales de fósforo derivados de la corteza se mezclaron con el agua en lagos, ríos y océanos, la apatita se descompuso en fosfatos, que se volvieron disponibles para el desarrollo y la nutrición de la vida primitiva.

Los científicos estimaron la mezcla de elementos de la corteza terrestre con agua de mar a lo largo del tiempo. Descubrieron que los niveles más altos de elementos bio-esenciales son paralelos a mayores aumentos en la oxigenación de la atmósfera terrestre: el Gran Evento de Oxidación (GOE) hace 2.400 millones de años, y el Evento de Oxígeno Neoproterozoico, hace 800 millones, después de lo cual se supusieron niveles de oxígeno ser lo suficientemente alto como para soportar la vida multicelular.

Incluso antes del GOE, hace aproximadamente 3.500 a 2.500 millones de años, algunas de las formas de vida más tempranas posiblemente generaron oxígeno a través de la fotosíntesis. Sin embargo, durante ese tiempo, la mayor parte de este oxígeno reaccionó con hierro y azufre en las rocas ígneas.

Para entender cómo estas reacciones afectaron los niveles de oxígeno en la atmósfera durante un período de cuatro mil millones de años, los científicos midieron las cantidades de azufre y hierro en rocas ígneas, y descubrieron cuánto oxígeno había reaccionado. Compararon todos estos eventos con cambios en los niveles de oxígeno atmosférico. Los científicos descubrieron que las disminuciones en el azufre y el hierro junto con los aumentos de fósforo eran paralelos al Gran Evento de Oxidación y al Evento de Oxígeno Neoproterozoico.

Todos estos eventos respaldan un escenario en el cual el enfriamiento del manto de la Tierra condujo al aumento de rocas ricas en fósforo en la corteza terrestre. Estas rocas luego se mezclaron con los océanos, donde los minerales que contienen fósforo se descompusieron y se filtraron al agua. Una vez que los niveles de fósforo en el agua de mar eran lo suficientemente altos, las formas de vida primitivas prosperaban y su número aumentaba, por lo que podían generar suficiente oxígeno que la mayoría alcanzaba la atmósfera. El oxígeno alcanzó niveles suficientes para soportar la vida multicelular.

Peter Cawood, un geólogo de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, comentó a Astrobiology Magazine que, «es intrigante pensar que el [oxígeno] del que dependemos de por vida debe su origen último a las disminuciones seculares en la temperatura del manto, que se cree que han disminuido de unos 1.550 grados Celsius hace unos tres mil millones de años a alrededor de 1.350 grados Celsius en la actualidad «.

¿Podría ocurrir un escenario similar en una posible exo-Tierra? Con los descubrimientos de Kepler de un número creciente de planetas posiblemente similares a la Tierra, ¿podría alguno de estos apoyar la vida? Cawood sugiere que el hallazgo es potencialmente significativo para el desarrollo en exoplanetas de la vida aeróbica, es decir, la vida que evoluciona en una persona rica en oxígeno.

«Esto se debe a que [el fósforo] dentro de las rocas ígneas en la superficie del planeta se está erosionando para asegurar su biodisponibilidad», dice Cawood. «Significativamente, el contenido de fósforo de las rocas ígneas es más alto en aquellas rocas bajas en sílice [rocas formadas por enfriamiento rápido] y las rocas de esta composición dominan las cortezas de Venus y Marte y probablemente también en los exoplanetas».

Cox concluyó diciendo que, «esta relación (entre el aumento de los niveles de oxígeno y el enfriamiento del manto) tiene implicaciones para cualquier planeta terrestre. Todos los planetas se enfriarán, y aquellos con convección tectónica de placas eficiente se enfriarán más rápidamente. Nos queda concluir que la velocidad de dicho enfriamiento puede afectar la velocidad y el patrón de la evolución biológica en cualquier planeta potencialmente habitable «.

Fuente: europapress.es