¿Cómo apareció el oxígeno en la atmosfera de la Tierra?

La aparición del oxígeno en la atmósfera de la Tierra probablemente no ocurrió como un acontecimiento único, sino como una larga serie de arranques y paradas, según se desprende del estudio elaborado por un equipo internacional de científicos que investigaban los núcleos de roca en el proyecto de perforación 'Fennoscandia Arctic Russia - Drilling Early Earth Project' (FAR DEEP).

El proyecto se llevó a cabo durante el verano de 2007 en Rusia. El proyecto, que forma parte del Programa Internacional de Perforación Continental Científica, perforó una serie de núcleos de poca profundidad, de dos pulgadas de diámetro y, por la superposición de estos, ha creado un registro que representa la piedra depositada durante el Proterozoico -de 542 a 2.500 millones de años de antigüedad.

El director de Ciencias de la Tierra de la Universidad Penn State, Lee R. Kump, ha señalado que "siempre se ha pensado que el oxígeno entró en la atmósfera muy rápido durante un evento particular pero ahora ya no se busca un evento". "Ahora se está en busca de cuándo y por qué el oxígeno se convirtió en una parte estable de la atmósfera de la Tierra", ha explicado.

El estudio, que ha sido publicado en 'Science', indica que la evaluación de estos núcleos y la comparación con los núcleos analizados previamente apoya la conclusión de que el Gran Evento de Oxidación tuvo lugar a lo largo de cientos de millones de años.

Así, los niveles de oxígeno poco a poco cruzaron el umbral de bajo oxígeno atmosférico para la oxidación de la pirita -mineral de hierro de azufre- hace 2.500 millones de años, y la pérdida de azufre fraccionado de masa independiente (MIF, por sus siglas en inglés) hace 2.400 millones de años. A continuación, los niveles de oxígeno aumentaron a una tasa cada vez mayor a lo largo del Paleoproterozoico hasta lograr alrededor del 1 por ciento del nivel atmosférico actual.

"La definición de cuándo sucedió una atmósfera con oxígeno depende del umbral que está buscando", ha apuntado Kump, quien ha añadido que "puede que la pirita se oxidara cuando el azufre MIF desapareció o cuando se produjo la oxidación de la corteza profunda".

Cuando el azufre MIF desapareció, el aire en la Tierra aún no era respirable para los animales. Cuando las rocas rojas, que contienen óxidos de hierro, aparecieron hace 2.300 millones de años, el aire era todavía irrespirable. "Con alrededor del 1 por ciento de oxígeno, el agua subterránea se volvió fuertemente oxidada, haciendo posible que el agua subterránea se filtrara a través de las rocas para oxidar la materia orgánica", ha explicado el investigador.

Inicialmente, el oxígeno en la atmósfera producido por la fotosíntesis de los organismos unicelulares, se utilizó en la oxidación de elementos como el azufre o el hierro. Cuando el oxígeno suficiente se acumuló en la atmósfera, impregnó el agua subterránea y comenzó a oxidar materia orgánica enterrada, oxidando el carbono para crear dióxido de carbono.

Las muestras del proyecto DEEP FAR se compararon con las muestras Francevillian de Gabón utilizando la proporción de isótopos de carbono 13 y 12, para ver si la evidencia de altas tasas de acumulación de oxígeno existían en todo el mundo. Ambas muestras contenían grandes depósitos de carbono en forma de petróleo fósil. Ambas también mostraban cambios similares en el carbono 13 a lo largo del tiempo, lo que indica que los cambios en los niveles de isótopos de carbono producido en todo el mundo y el oxígeno en la atmósfera eran altos.

"Aunque otros han documentado grandes variaciones de isótopos de carbono en la historia de la Tierra, asociadas con un aumento gradual en el oxígeno atmosférico, nuestros resultados son menos equívocos porque tenemos muchas líneas de datos apuntando hacia el mismo punto", ha dicho Kump. "Estas indicaciones incluyen no sólo perfiles de isótopos de carbono 13 en la materia orgánica de dos lugares muy distantes entre sí, sino también perfiles similares en las calizas y ningún indicio de que los procesos que han ocurrido desde entonces hayan alterado la señal", ha concluido.