Las rocas erosionadas tienen pistas sobre el Gran Evento de Oxidación de la Tierra

Hace unos 2.400 millones de años, la atmósfera de la Tierra experimentó lo que se llama el Gran Evento de Oxidación (GOE). Antes del GOE, la Tierra primitiva tenía mucho menos oxígeno molecular que el que tenemos hoy. Después del GOE, el oxígeno molecular comenzó a aumentar en abundancia, eventualmente haciendo posible una vida como la nuestra.

Durante décadas, los investigadores han tratado de comprender por qué y cómo ocurrió el GOE.

Un equipo de científicos, dirigido por James Andrew Leong con Tucker Ely, ambos con doctorados de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) en 2020, y el profesor de ASU Everett Shock, determinaron que meteorización las rocas pueden haber contribuido al GOE. Sus resultados fueron publicados recientemente en Comunicaciones de la naturaleza.

Molecular oxígeno es producido por plantas fotosintéticas y microbios, pero el oxígeno molecular también es consumido por organismos y por el oxidación de hierro, azufre, carbono y otros elementos en las rocas. El oxígeno molecular también se puede consumir a través de la reacción con gases reducidos como el hidrógeno, que se puede formar durante Rock meteorización.

Los científicos que estudian la Tierra primitiva plantean la hipótesis de que el consumo de oxígeno fue quizás más rápido que la producción de oxígeno por la fotosíntesis, por lo que el oxígeno no pudo acumularse en la atmósfera.

«Es como cuando sus facturas superan sus ingresos, el dinero no se puede acumular en una cuenta de ahorros. Esta parece haber sido la situación en la Tierra primitiva», dijo el coautor Shock, de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU y de la Escuela de Ciencias Moleculares.

Para que GOE ocurra bajo esta suposición, el consumo de oxígeno tuvo que disminuir con el tiempo para que el oxígeno pudiera acumularse en la atmósfera.

Dado esto, Leong y su equipo se propusieron determinar qué procesos podrían estar disminuyendo el consumo de oxígeno en la Tierra primitiva para producir un aumento de oxígeno.

«Sabemos que probablemente no sea el consumo biológico lo que hace un trabajo decente al rastrear la producción de oxígeno mediante la fotosíntesis», dijo Shock. «Entonces pensamos que tal vez la tasa de consumo de oxígeno por la erosión de las rocas estaba creando este cambio».

Para probar su hipótesis, Leong y su equipo se centraron en la meteorización de un tipo de roca conocida como «ultramáfica», una roca ígnea, rica en magnesio y hierro, con bajo contenido de sílice.

Las rocas ultramáficas comprenden la mayor parte del manto superior de la Tierra, donde se formaron a altas temperaturas. Cuando estas rocas salen a la superficie y entran en contacto con el agua, los minerales sin agua que forman estas rocas se convierten en minerales que contienen agua. Este proceso se llama serpentinización, por el principal mineral sustituto, la serpentina. El proceso también transforma el agua subterránea que reacciona en agua altamente alcalina con un alto contenido de gas; en particular, hidrógeno.

Se inspiraron para hacer esto por la investigación que habían realizado previamente sobre fluidos hiperalcalinos ricos en gas que se encuentran en las montañas ultramáficas de la actual Omán, publicado en AGU’s Revista de investigación geofísica en 2021.

«Nuestra investigación de campo anterior en Omán nos llevó a imaginar cómo se vería la superficie y la atmósfera de la Tierra primitiva cuando los fluidos ricos en hidrógeno y con un pH alto eran tan comunes como las aguas subterráneas y los ríos con un pH casi neutro de hoy en día», dijo Leong. «Las rocas ultramórficas como las que se encuentran en Omán son raras en la superficie de la Tierra hoy en día, pero fueron abundantes durante la Tierra primitiva más cálida».

Para su análisis, realizaron simulaciones por computadora, basadas en un código de computadora que desarrolló Ely, coautor, para predecir los potenciales de generación de hidrógeno de miles de composiciones rocosas que eran comunes durante la Tierra primitiva. A partir de ahí, pudieron rastrear las conexiones entre las composiciones de las rocas y su potencial para generar hidrógeno y consumir oxígeno.

Con estas simulaciones, el equipo pudo reconstruir el escenario global. producción de hidrógeno y las tasas de consumo de oxígeno a través de la serpentinización durante la Tierra primitiva y determinan que la meteorización de las rocas ultramáficas podría haber ayudado a facilitar el GOE.

«Pudimos modelar la alteración de miles de composiciones rocosas que probablemente estén presentes en la Tierra primitiva», dijo Leong. «Nuestros cálculos muestran que muchas de estas rocas, especialmente aquellas que son verdaderamente de composición ultramáfica o ricas en magnesio, como las que se encuentran hoy en Omán, tienen un potencial muy alto para generar gas hidrógeno y ayudar a prevenir la acumulación de oxígeno. La disminución de abundancia en rocas ultramáficas en la superficie de la Tierra al final del eón Arcaico podría haber ayudado a facilitar el Gran Evento de Oxidación».