Geofrik's Blog

Atmósfera terrestre cargada de oxígeno (le da el color azul). Autor: desconocido.

La Gran Oxidación (Great Oxidation, Great Oxygenation Event o, simplemente, GOE, en inglés) fue un cambio medioambiental muy importante que ocurrió, probablemente, durante el período Sidérico, a comienzos de la era Paleoproterozoica (hace unos 2.400 Ma), y que tuvo como resultado el depósito de una gran cantidad de hierro oxidado, que hasta entonces había permanecido disuelto en las aguas oceánicas. Dada la importancia del oxígeno en este cambio medioambiental, a este evento también se lo suele denominar crisis del oxígeno (oxygen crisis), revolución del oxígeno (oxygen revolution) o catástrofe del oxígeno (oxygen catastrophe).

Inicios de la Gran Oxidación:

Los primeros organismos fotosintéticos que existieron realizaban la fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se desprende oxígeno (tal y como hacen en la actualidad las bacterias verdes del azufre o las bacterias púrpura). Pero cuando surgieron los primeros organismos capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica (como las cianobacterias, productoras de estromatolitos), hace unos 2.800 Ma, se empezó a producir oxígeno molecular (O₂) en grandes cantidades, que fue lentamente invadiendo la atmósfera y los océanos. La emisión de tal exceso de oxígeno al medio ambiente provocó una crisis ecológica para la biodiversidad de la época, pues el oxígeno era tóxico para los microorganismos anaerobios dominantes por aquel entonces.

Mientras esto ocurría, el oxígeno que se iba produciendo se consumía en diversas reacciones químicas que tenían lugar en los océanos, pues reaccionaba principalmente con el hierro y generaba minerales tales como la magnetita (Fe₃O₄) o el hematites (Fe₂O₃), que precipitaban y se depositaban en los fondos oceánicos y de aguas continentales. El agua, que hasta aquel entonces había sido de color verde debido al Fe disuelto en ella, empezó a perder este Fe, lo que le llevaría a adoptar su coloración azulada actual. La prueba de este fenómeno se encuentra en las antiguas rocas que contienen enormes formaciones de hierro bandeado o BIF (banded iron formation), procedentes de la oxidación del hierro presente en el océano y que en la actualidad constituyen los principales yacimientos de hierro explotados comercialmente.

Posible aspecto que presentaría la Tierra hace unos 3.600 – 3.200 Ma, durante la era Paleoarcaica, en el que puede verse la coloración verdosa de los océanos (ricos en Fe disuelto) y el aura rojizo-anaranada de la atmósfera (enriquecida en dióxido de carbono y metano). NOTA: El relativo parecido de los continentes mostrados en la figura con los actuales es debido a un mero capricho del autor, ya que la posición y morfología de los mismos en esta época es, a día de hoy, completamente desconocida. Autor: desconocido.

Otra consecuencia importante fueron los cambios climáticos subsiguientes. La generación de metano (CH₄) atmosférico se debía en buena parte a los organismos anaerobios, los cuales sufrieron descensos poblacionales debido al aumento del oxígeno molecular atmosférico. Por otro lado, el metano, frente al oxígeno molecular y la radiación ultravioleta, se oxida rápidamente, generando dióxido de carbono (CO₂). Este cambio de CH₄ a CO₂ en la atmósfera reduciría de forma considerable la temperatura global, ya que el potencial de efecto invernadero del metano es varias veces mayor que el del dióxido de carbono. Este descenso drástico de la temperatura desencadenaría la glaciación Huroniana, ocurrida hace 2.400 – 2.100 Ma, aproximadamente.

Sin embargo, esta drástica transformación también ofreció una nueva oportunidad para la diversificación biológica, así como enormes cambios en la naturaleza de las interacciones químicas entre las rocas, la arena, las arcillas y otros sustratos geológicos, y la atmósfera, los océanos y otras aguas superficiales. A pesar del reciclado natural de la materia orgánica, la vida se había mantenido energéticamente limitada hasta la amplia disponibilidad de oxígeno. Este avance en la evolución del metabolismo aumentó en gran medida el suministro de energía para los organismos vivos, produciendo un impacto ambiental global.

Estromatolitos actuales bioconstruidos por cianobacterias. Autor: desconocido.

El «retraso» de la Gran Oxidación:

Desde el momento en el que los primeros organismos fotosintéticos oxigénicos comenzaron a producir oxígeno (hace unos 2.800 Ma) hasta el momento en el que se produjo la Gran Oxidación (debido a un rápido aumento del oxígeno atmosférico, hace unos 2.450 Ma), hubo un retraso de unos 300 – 350 millones de años. Aunque las causas exactas de este desfase temporal son desconocidas, existen varias hipótesis para intentar explicarlo:

• La primera de estas hipótesis, llamada gatillo tectónico, explica que la acumulación de oxígeno en la atmósfera tuvo que esperar a que se produjeran una serie de cambios tectónicos en la «anatomía» de la Tierra, es decir, que requería de una serie de cambios importantes en el contexto geológico para poder llevarse a cabo. Estos cambios consistían, básicamente, en (1) la rotura del supercontinente Kenorland en varias masas continentales más pequeñas (proceso que empezó hace unos 2.500 Ma) y (2) el consecuente aumento de la expansión de las plataformas continentales (a lo largo de las nuevas líneas de costa y mares someros que se generaban), en las que los compuestos orgánicos de carbono reducidos pudiesen llegar a los sedimentos y ser enterrados, y los organismos fotosintéticos (como las cianobacterias) se extendiesen por doquier y proliferaran, invadiendo las nuevas zonas de plataforma.

• Otra hipótesis es la que defiende que el metano atmosférico, abundante en la época debido a la dominancia de organismos anaerobios, también fue una trampa importante para el oxígeno molecular, ya que se oxida rápidamente a dióxido de carbono en presencia de la radiación ultravioleta.

• Una teoría reciente (del 2006) es la de la bioestabilidad, que pretende explicar los 300 millones de años de retraso mediante un modelo matemático de la atmósfera, que reconoce que la protección contra la radiación ultravioleta disminuye la tasa de oxidación de metano una vez que los niveles de oxígeno son suficientes para formar una capa de ozono. Esta explicación propone un sistema con dos estados estables, uno con un menor contenido de oxígeno atmosférico (0,02%), y otro con mayor (21% o más). La Gran Oxidación puede entenderse entonces como un interruptor entre los estados atmosféricos estables inferior y superior.

• Otro factor que puede explicar el retraso en el enriquecimiento de oxígeno de la atmósfera puede haber sido debido a la producción fotosintética de hidrógeno molecular, que primero se almacenaría en la atmósfera (impidiendo el llenado de oxígeno) antes de perderse lentamente en el espacio.

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Figuras:
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–Colaboradores de Wikipedia (2013). “Full moon partially obscured by atmosphere.jpg”. Wikipedia, la enciclopedia libre: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/Full_moon_partially_obscured_by_atmosphere.jpg

Referencias:
–Anbar, A., Duan, Y., Lyons, T., Arnold, G., Kendall, B., Creaser, R., Kaufman, A., Gordon, G., Scott, C., Garvin, J. & Buick, R. (2007). «A whiff of oxygen before the great oxidation event?». Science, 317(5846): 1903–1906: http://www.sciencemag.org/content/317/5846/1903
–Cavalier-Smith, T., Brasier, M. & Embley, M. (2006). «Introduction: how and when did microbes change the world?». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 361(1470): 845–850.
–Colaboradores de Wikipedia (2013). «Great Oxygenation Event». Wikipedia, la enciclopedia libre: http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Oxygenation_Event
–Dole, M. (1965). «The Natural History of Oxygen». The Journal of General Physiology, 49(1): 5: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2195461/
–Dutkiewicz, A., Volk, H., George, S.C., Ridley, J. & Buick, R. (2006). «Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: an uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event». Geology, 34(6): 437.
–Flannery, D.T. & Walter, R.M. (2012). «Archean tufted microbial mats and the Great Oxidation Event: new insights into an ancient problem». Australian Journal of Earth Sciences, 59(1): 1–11: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08120099.2011.607849
–Frei, R., Gaucher, C., Poulton, S.W. & Canfield, D.E. (2009). «Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes». Nature, 461(7261): 250–253: http://www.nature.com/nature/journal/v461/n7261/full/nature08266.html
–Goldblatt, C., Lenton, T.M. & Watson, A.J. (2006). «The Great Oxidation at 2.4 Ga as a bistability in atmospheric oxygen due to UV shielding by ozone». Geophysical Research Abstracts,8: 00770: http://www.cosis.net/abstracts/EGU06/00770/EGU06-J-00770.pdf
–Holland, H.D. (2006). «The oxygenation of the atmosphere and oceans». Philosophical Transactions of The Royal Society B, 361(1470): 903-915: http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/361/1470/903.full.pdf
–Konhauser, K.O., Pecoits, E., Lalonde, S.V., Papineau, D., Nisbet, E.G,, Barley, M.E., Arndt, N.T., Zahnle, K. & Kamber, B.S. (2009). «Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event». Nature, 458(7239): 750–753: http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7239/full/nature07858.html
–Kopp, R.E., Kirschvink, J.L., Hilburn, I.A. & Nash, C.Z. (2005). «The Paleoproterozoic snowball Earth: A climate disaster triggered by the evolution of oxygenic photosynthesis». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 102(32): 11131–11136: http://www.pnas.org/content/102/32/11131
–Lenton, T.M., Schellnhuber, H.J. & Szathmáry, E. (2004). «Climbing the co-evolution ladder». Nature, 431: 913.