Una ilustración artística de la Tierra hoy y hace 4.500 millones de años. Crédito: Tobias Stierli / NCCR PlanetS
Un equipo de científicos internacionales dirigido por el investigador de ETH Paolo Sossi ha obtenido nuevos conocimientos sobre la atmósfera terrestre de hace 4.500 millones de años. Sus resultados tienen implicaciones para los posibles orígenes de la vida en la Tierra.
Hace cuatro mil quinientos millones de años, la Tierra habría sido difícil de reconocer. En lugar de los bosques, montañas y océanos que conocemos hoy, la superficie de nuestro planeta estaba cubierta completamente por magma, el material rocoso fundido que emerge cuando los volcanes hacen erupción. En esto está de acuerdo la comunidad científica. Lo que está menos claro es cómo era la atmósfera en ese momento. Los nuevos esfuerzos de investigación internacionales dirigidos por Paolo Sossi, investigador principal de ETH Zurich y NCCR PlanetS, intentan levantar algunos de los misterios de la atmósfera primigenia de la Tierra. Los hallazgos fueron publicados hoy en la revista. Avances científicos.
Haciendo magma en el laboratorio
“Hace cuatro mil quinientos millones de años, el magma intercambiaba gases constantemente con la atmósfera suprayacente”, comienza a explicar Sossi. “El aire y el magma se influyen mutuamente. Entonces, puedes aprender sobre uno del otro “.
Para aprender sobre la atmósfera primitiva de la Tierra, que era muy diferente de lo que es hoy, los investigadores crearon su propio magma en el laboratorio. Lo hicieron mezclando un polvo que coincidía con la composición del manto fundido de la Tierra y calentándolo. Lo que suena sencillo requirió los últimos avances tecnológicos, como señala Sossi: “La composición de nuestro polvo similar a un manto dificultaba su fusión; necesitábamos temperaturas muy altas de alrededor de 2000 ° C. Celsius. ”
El horno de levitación aerodinámica calentado por láser que el grupo de Sossi utilizó en los experimentos. Crédito: IPGP
Eso requirió un horno especial, que fue calentado por un láser y dentro del cual los investigadores pudieron levitar el magma dejando fluir corrientes de mezclas de gases a su alrededor. Estas mezclas de gases eran candidatos plausibles para la atmósfera primitiva que, como hace 4.500 millones de años, influyó en el magma. Así, con cada mezcla de gases que fluía alrededor de la muestra, el magma resultaba un poco diferente.
“La diferencia clave que buscamos fue qué tan oxidado se volvió el hierro dentro del magma”, explica Sossi. En palabras menos precisas: qué oxidado. Cuando el hierro se encuentra con el oxígeno, se oxida y se convierte en lo que comúnmente llamamos óxido. Por lo tanto, cuando la mezcla de gas que los científicos soplaron sobre su magma contenía mucho oxígeno, el hierro dentro del magma se oxidó más.
Este nivel de oxidación del hierro en el magma enfriado les dio a Sossi y sus colegas algo que podían comparar con las rocas naturales que forman el manto de la Tierra en la actualidad, las llamadas peridotitas. La oxidación del hierro en estas rocas todavía tiene la influencia de la atmósfera primitiva impresa en su interior. La comparación de las peridotitas naturales y las del laboratorio les dio a los científicos pistas sobre cuál de sus mezclas de gases se acercó más a la atmósfera primitiva de la Tierra.
Este primer plano del experimento muestra la muestra de magma caliente, que está rodeada de gas y, por lo tanto, se mantiene en suspensión. Crédito: P. Sossi / ETH Zurich
Una nueva visión del surgimiento de la vida
“Lo que encontramos fue que, después de enfriarse desde el estado de magma, la Tierra joven tenía una atmósfera que se estaba oxidando ligeramente, con dióxido de carbono como componente principal, así como nitrógeno y algo de agua”, informa Sossi. La presión en la superficie también era mucho mayor, casi cien veces mayor que la de hoy y la atmósfera era mucho mayor, debido a la superficie caliente. Estas características lo hicieron más similar a la atmósfera de hoy. Venus que a la de la Tierra de hoy.
Este resultado tiene dos conclusiones principales, según Sossi y sus colegas: la primera es que la Tierra y Venus comenzaron con atmósferas bastante similares, pero la última perdió su agua posteriormente debido a la proximidad más cercana al sol y las temperaturas más altas asociadas. La Tierra, sin embargo, mantuvo su agua, principalmente en forma de océanos. Estos absorbieron gran parte del CO2 del aire, reduciendo así el CO2 niveles significativamente.
La segunda conclusión es que una teoría popular sobre el surgimiento de la vida en la Tierra parece ahora mucho menos probable. Este llamado “experimento de Miller-Urey”, en el que los rayos interactúan con ciertos gases (en particular, amoníaco y metano) para crear aminoácidos – los componentes básicos de la vida – habría sido difícil de realizar. Los gases necesarios simplemente no eran lo suficientemente abundantes.
Referencia: “Estado redox del océano de magma de la Tierra y su atmósfera temprana similar a Venus” por Paolo A. Sossi, Antony D. Burnham, James Badro, Antonio Lanzirotti, Matt Newville y Hugh St.C. O’Neill, 25 de noviembre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd1387
