Donald E. Canfield - Oxígeno

El aire que respiramos tiene un 21% de oxígeno, una cantidad mayor que en cualquier otro mundo conocido. Aunque podemos dar por sentado nuestro aire, la Tierra no fue siempre un planeta oxigenado. ¿Cómo se volvió así?

Oxígeno es la narración más actualizada de la historia del oxígeno atmosférico en la Tierra. Donald E. Canfield —una de las principales autoridades en geoquímica, historia de la Tierra y los océanos primitivos— recorre esta vasta historia, poniendo el énfasis en su relación con la evolución de la vida y la química cambiante de la Tierra. Con una narrativa en primera persona accesible y colorista, bebe de multitud de disciplinas, como la geología, la paleontología, la geoquímica, la bioquímica, la fisiología animal y la microbiología, para explicar por qué nuestro planeta oxigenado se volvió el lugar ideal para la vida. Al describir qué procesos, tanto biológicos como geológicos, actúan para controlar los niveles de oxígeno en la atmósfera, el autor rastrea a través del tiempo los registros de la concentración de oxígeno. El lector aprende acerca del «gran suceso de oxidación», el punto de inflexión en que, hace 2300 millones de años, el contenido de oxígeno de la Tierra se incrementó radicalmente, y Canfield examina cómo la oxigenación creó un entorno favorable para la evolución de los animales.

El autor guía a los lectores por las diversas líneas de evidencia científica, considera algunas de las vías erróneas y callejones sin salida que han surgido en el camino, y destaca a los científicos que han hecho los descubrimientos clave en el campo. Mostrando cómo la atmósfera de la Tierra se ha desarrollado en el tiempo, Oxígeno conduce a los lectores en un viaje extraordinario por la historia de la oxigenación de nuestro planeta.

Donald E. Canfield

Una historia de cuatro mil millones de años

ePub r1.1

Rob_Cole 04.05.2018

Título original: Oxygen. A Four Billion Year History

Donald E. Canfield, 2015

Traducción: Javier Sampedro

Editor digital: Rob_Cole

Primer editor: turolero (r1.0)

ePub base r1.2

DONALD E. CANFIELD (EE. UU., 1957). Profesor de ecología en la University of Southern Denmark y director del Centro nórdico para la evolución de la Tierra (NordCEE). Es miembro del Academia Nacional de Ciencia, coautor de Aquatic Geomicrobiology y coeditor de Fundamentals of Geobiology.

[1] La navaja de Ockham se atribuye al fraile inglés del siglo XIV Guillermo de Ockham. En su forma original, traducida del latín, dice: «No se deben multiplicar las entidades innecesariamente». En términos más ordinarios, la navaja de Ockham enuncia que la mejor explicación de algo suele ser la más simple.

[2] Las reacciones redox deben ser favorables termodinámicamente y, para el aficionado, los organismos realmente requieren que las reacciones sean más que meramente favorables termodinámicamente. De hecho, la reacción debe ser favorable por unos 15 o 20 kilojulios por mol de carbono orgánico oxidado durante el metabolismo heterótrofo. Esto se debe a que, al nivel celular, la función biológica más básica es la producción de ATP. Esto requiere la traslocación de 3 a 4 protones ( H+ ) a través de un complejo enzimático conocido como ATPasa (pronunciado atepeasa), y la energía mínima que necesita un organismo, por lo tanto, es la energía requerida para traslocar un protón, que se estima en 15 o 20 kilojulios por mol de carbono orgánico oxidado.

[3] Cuando las condiciones se ponen difíciles, y/o el agua se vuelve escasa, muchos organismos pueden formar esporas o quistes y permanecer en una especie de animación suspendida casi indefinidamente, hasta que las condiciones mejoran y pueden reiniciar el metabolismo.

[4] El nombre zona Goldilocks remite al cuento tradicional escocés Goldilocks y los tres osos, o Ricitos de Oro y los tres osos, en el que la niña Goldilocks se topa con la casa de los tres osos. La casa está vacía y, al entrar, Goldilocks ve que la crema de avena del osito pequeño, su silla y su cama son «justo las adecuadas» para ella, y luego se duerme en esa camita. Cuando los tres osos regresan, el osito despierta a Goldilocks y ella salta deprisa por la ventana para escapar de la casa.

[5] El albedo define la reflectividad de un objeto a la luz visible. Un objeto con un albedo cero es perfectamente negro y absorbe toda la luz que le llega, mientras que un cuerpo perfectamente reflectivo es blanco, con albedo 1. Así, un objeto de bajo albedo absorberá más energía lumínica y se calentará más que un objeto de alto albedo. El albedo de la Tierra se estima en 0,3 , incluyendo el efecto de las nubes.

[6] La atmósfera actual de Venus contiene muy poca agua. La mayor parte del agua que tenía originalmente se perdió por fotolisis, un proceso estimulado por la luz que produce oxígeno gaseoso e hidrógeno gaseoso. En Venus, el hidrógeno debió de escapar al espacio, mientras que el oxígeno habría reaccionado con los minerales de la superficie del planeta, o bien con gases procedentes del interior. De hecho, la atmósfera actual de Venus es rica en CO2 , ya que el CO2 se ha acumulado durante eones a medida que salía del interior del planeta.

[7] El Sol brilla más cada vez conforme la proporción H2 /He en su núcleo decrece por las reacciones de fusión nuclear. Según el modelo solar estándar, esto conduce a una contracción gravitatoria, la liberación de calor y un incremento de temperatura, que se expresa como un incremento de luminosidad. Se estima que, cuando el Sol se acababa de formar, hace unos 4500 millones de años, sólo tenía el 70% de la luminosidad actual.

[8] Soy del medio oeste de Estados Unidos, donde las lápidas se suelen tallar en caliza. Las lápidas con más de 150 años suelen ser ilegibles, o casi. La razón es el proceso de erosión. El CO2 de la atmósfera se disuelve en la lluvia y reacciona con la caliza, corroyéndola lentamente a medida que la lluvia corre por su superficie.

[9] Estas evidencias vienen de la distribución de minerales en los suelos antiguos (de 2700 a 2200 millones de años atrás), conocidos como paleosuelos. Estos paleosuelos carecen de siderita, lo que, según los cálculos de Rob Rye, Phillip Kuo y Dick Holland, significa que los niveles atmosféricos de CO2 eran mucho menores que los esperados (Rye y colaboradores, 1995. Las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono antes de 2200 millones de años atrás. Nature 378, 603-605) . Este tópico se discute en detalle en el capítulo 7.

[10] Unos altos niveles de metano pueden encajar también con nuestra comprensión de la manera en que las concentraciones de oxígeno han cambiado con el tiempo, como se revelará en capítulos posteriores; el oxígeno y el metano son termodinámicamente inestables si están juntos, y reaccionan en la atmósfera formando CO2 .

[11] Minik Rosing y sus colegas arguyeron que el albedo de la Tierra joven era menor de lo que se asume normalmente, porque el área continental era menor que en el presente, y porque se habrían generado menos nubes debido a un menor número de núcleos de condensación inducidos biológicamente. Con un menor albedo, no se requeriría tanta concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera para templar la Tierra, incluso con un Sol joven menos brillante. Estos investigadores también presentaron evidencias adicionales en apoyo de una atmósfera baja en CO2 , argumentando que la abundancia de magnetita en las formaciones de hierro bandeado que datan del eón arcaico es incoherente con unos altos niveles de CO2 atmosférico en ese periodo. Si el CO2 hubiera sido mucho más alto que ahora, la siderita sería la fase dominante de Fe (hierro).