Científicos del Centro de Astrobiología del NAI en el Instituto Politécnico Rensselaer han utilizado los minerales más antiguos de la Tierra para reconstruir las condiciones atmosféricas presentes en la Tierra muy poco después de su nacimiento. Los hallazgos, que aparecen en el número actual de Nature, son la primera prueba directa de cómo era la antigua atmósfera del planeta poco después de su formación y desafían directamente años de investigación sobre el tipo de atmósfera a partir de la cual surgió la vida en el planeta.
Los científicos demuestran que la atmósfera de la Tierra apenas 500 millones de años después de su creación no era un páramo lleno de metano, como se había propuesto anteriormente, sino que era mucho más parecida a las condiciones de nuestra atmósfera actual. Los hallazgos, en un artículo titulado «El estado de oxidación de los magmas hadeanos y las implicaciones para la atmósfera de la Tierra primitiva», tienen implicaciones para nuestra comprensión de cómo y cuándo comenzó la vida en este planeta y podría comenzar en otros lugares del universo.
Durante décadas, los científicos creyeron que la atmósfera de la Tierra primitiva era muy reducida, lo que significa que el oxígeno era muy limitado. Estas condiciones de escasez de oxígeno habrían dado lugar a una atmósfera llena de metano nocivo, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Hasta la fecha, siguen existiendo teorías y estudios muy extendidos sobre cómo la vida en la Tierra podría haberse construido a partir de este cóctel atmosférico mortal.
Ahora, los científicos de Rensselaer están dando la vuelta a estas suposiciones atmosféricas con hallazgos que demuestran que las condiciones de la Tierra primitiva simplemente no eran propicias para la formación de este tipo de atmósfera, sino más bien para una atmósfera dominada por los compuestos más ricos en oxígeno que se encuentran dentro de nuestra atmósfera actual, incluyendo el agua, el dióxido de carbono y el dióxido de azufre.
«Ahora podemos decir con cierta certeza que muchos científicos que estudian los orígenes de la vida en la Tierra simplemente eligieron la atmósfera equivocada», dijo Bruce Watson, profesor del Instituto de Ciencias de Rensselaer.
Los hallazgos se basan en la teoría ampliamente extendida de que la atmósfera de la Tierra se formó por los gases liberados por la actividad volcánica en su superficie. Hoy en día, al igual que durante los primeros días de la Tierra, el magma que fluye desde las profundidades de la Tierra contiene gases disueltos. Cuando ese magma se aproxima a la superficie, esos gases se liberan en el aire circundante.
«La mayoría de los científicos afirman que este desprendimiento de gases del magma fue el principal aporte a la atmósfera», dijo Watson. «Para entender la naturaleza de la atmósfera ‘en el principio’, necesitábamos determinar qué especies de gas había en los magmas que la abastecían».
Cuando el magma se acerca a la superficie de la Tierra, entra en erupción o se estanca en la corteza, donde interactúa con las rocas circundantes, se enfría y se cristaliza en roca sólida. Estos magmas congelados y los elementos que contienen pueden ser hitos literales en la historia de la Tierra.
Un hito importante es el circón. A diferencia de otros materiales que se destruyen con el tiempo por la erosión y la subducción, ciertos circones son casi tan antiguos como la propia Tierra. Como tales, los zircones pueden contar literalmente toda la historia del planeta, si se conocen las preguntas adecuadas.
Los científicos trataron de determinar los niveles de oxidación de los magmas que formaron estos antiguos zircones para cuantificar, por primera vez, el grado de oxidación de los gases que se liberaban al principio de la historia de la Tierra. Comprender el nivel de oxidación podría marcar la diferencia entre el desagradable gas de los pantanos y la mezcla de vapor de agua y dióxido de carbono a la que estamos tan acostumbrados actualmente, según el autor principal del estudio, Dustin Trail, investigador postdoctoral del Centro de Astrobiología.
«Al determinar el estado de oxidación de los magmas que crearon el circón, pudimos determinar los tipos de gases que eventualmente llegarían a la atmósfera», dijo Trail.
Para ello, Trail, Watson y su colega, el investigador postdoctoral Nicholas Tailby, recrearon la formación de circones en el laboratorio a diferentes niveles de oxidación. Crearon literalmente lava en el laboratorio. Este procedimiento condujo a la creación de un indicador de oxidación que luego pudo compararse con los circones naturales.
Durante este proceso buscaron concentraciones de un metal raro de la Tierra llamado cerio en los circones. El cerio es un importante indicador de oxidación porque puede encontrarse en dos estados de oxidación, uno más oxidado que el otro. Cuanto mayores sean las concentraciones del tipo más oxidado de cerio en el circón, más oxidada estará la atmósfera tras su formación.
Las calibraciones revelan una atmósfera con un estado de oxidación más cercano a las condiciones actuales. Los hallazgos proporcionan un importante punto de partida para futuras investigaciones sobre los orígenes de la vida en la Tierra.
«Nuestro planeta es el escenario en el que se ha desarrollado toda la vida», dijo Watson. «No podemos ni siquiera empezar a hablar de la vida en la Tierra hasta que sepamos cuál es ese escenario. Y las condiciones de oxígeno fueron de vital importancia por cómo afectan a los tipos de moléculas orgánicas que pueden formarse».
A pesar de ser la atmósfera en la que la vida actualmente respira, vive y prospera, nuestra actual atmósfera oxidada no se entiende actualmente como un gran punto de partida para la vida. El metano y sus homólogos pobres en oxígeno tienen mucho más potencial biológico para saltar de los compuestos inorgánicos a los aminoácidos y el ADN que sustentan la vida. Por ello, Watson cree que el descubrimiento de su grupo puede revigorizar las teorías de que tal vez esos componentes básicos para la vida no se crearon en la Tierra, sino que llegaron desde otro lugar de la galaxia.
Los resultados, sin embargo, no van en contra de las teorías existentes sobre el viaje de la vida desde los organismos anaeróbicos a los aeróbicos. Los resultados cuantifican la naturaleza de las moléculas de gas que contienen carbono, hidrógeno y azufre en la atmósfera más primitiva, pero no arrojan luz sobre el aumento mucho más tardío del oxígeno libre en el aire. Según Trail, todavía hubo un tiempo considerable para que el oxígeno se acumulara en la atmósfera a través de mecanismos biológicos.