Los procesos naturales que mueven el carbono a través de la Tierra, como la tectónica de placas, la subducción y la actividad volcánica, parecen antiguos y estables hoy en día, pero el planeta no siempre fue tan tranquilo. Durante el eón Arcaico (hace entre 4.000 y 2.500 millones de años) -la adolescencia de la Tierra- el planeta era más caliente y tenía más erupciones volcánicas. Este eón terminó con un aumento del oxígeno atmosférico llamado Gran Evento de Oxidación, que fue el comienzo mismo de la tectónica de placas más madura que reconocemos hoy.
En un nuevo artículo publicado en Nature, un equipo de investigadores, entre los que se encuentran los miembros de la Comunidad de Reservorios y Flujos de DCO Bernard Marty y Michael Broadley (CRPG-CNRS, Francia) y el miembro del Comité Ejecutivo Claude Jaupart (Institut de Physique du Globe de París, Francia), detectaron un fuerte aumento de la actividad volcánica entre 2,6 y 2,2. mil millones de años atrás que probablemente liberó una ráfaga de agua, dióxido de carbono y otros compuestos volátiles a la atmósfera . Los investigadores analizaron rastros de la atmósfera del Arcaico atrapados en burbujas llenas de fluido llamadas inclusiones dentro de las rocas que se formaron en esa época. Proponen que este flujo masivo de volátiles puede haber iniciado el Gran Evento de Oxidación.
«No sabemos mucho sobre el eón Arcaico, hace 3.000 millones de años más o menos», dijo Marty, copresidente del Comité Directivo Científico de la Comunidad de Depósitos y Flujos. Todavía existen pocas rocas de ese período de tiempo y, como señala, sabemos poco sobre la atmósfera y los flujos volcánicos del Arcaico «porque no había vulcanólogos en esa época.»
En el nuevo estudio, los investigadores examinaron los datos isotópicos de las rocas que se formaron hace entre 3.500 y 2.700 millones de años. «Los isótopos son como el ADN de la materia», dijo Marty. «Cada elemento tiene una firma específica que es un registro de lo que ha sucedido antes»
Específicamente, observaron la composición isotópica del gas noble xenón, que puede utilizarse para estimar la actividad volcánica a lo largo del tiempo. Hay nueve isótopos diferentes de xenón que se diferencian únicamente en el número de neutrones en el núcleo. El isótopo 129Xe procede de la desintegración radiactiva del yodo en el manto y se escapa a la superficie a través de las erupciones volcánicas, por lo que las concentraciones del isótopo en la atmósfera están directamente relacionadas con las emisiones volcánicas. El 129Xe se ha ido acumulando gradualmente en la atmósfera terrestre a lo largo del tiempo.
Como era de esperar, los investigadores vieron que la atmósfera del Arcaico tenía poco xenón en comparación con la atmósfera actual, que ha tenido mucho más tiempo para acumular el gas. Pero les sorprendió ver un rápido aumento del 129Xe desde hace 2.600 a 2.000 millones de años. Esto significa que la Tierra experimentó una actividad volcánica masiva alrededor de este período de tiempo, y liberó enormes cantidades de carbono y otros volátiles en la atmósfera, a un ritmo de 10 a 100 veces más rápido que hoy.
La actividad volcánica asociada a las placas tectónicas actuales no puede explicar el rápido aumento, por lo que Marty y sus colegas del CRPG-CNRS colaboraron con Jaupart, un experto en la liberación de calor de la Tierra, para crear un modelo de la temperatura de la Tierra y la actividad volcánica a lo largo del tiempo. Según un registro independiente dejado por las rocas volcánicas, la temperatura interna de la Tierra alcanzó su máximo hace entre 3.000 y 2.500 millones de años, calentada por la descomposición de elementos radiactivos. Dado que la tectónica de placas primitiva no era muy eficaz para liberar este calor, los científicos creen que la Tierra se sobrecalentó y creó enormes volúmenes de papilla espumosa, que contenía magma fundido, gases y cristales. La firma 129Xe sugiere que la papilla entró en erupción durante 200 o 300 millones de años, liberando gases en la superficie.
Como una rabieta adolescente, el aumento de la actividad volcánica permitió a la Tierra expulsar mucho vapor y otros volátiles, antes de que se asentara en un patrón más maduro de tectónica de placas.
Los investigadores especulan que este estallido de volátiles al final de la época Arcaica puede ser el responsable del Gran Evento de Oxidación que dio lugar al gas oxígeno en la atmósfera. «Proponemos que la repentina liberación de dióxido de carbono y nitrógeno en la atmósfera suministró muchos nutrientes a las bacterias, por lo que podría haberse producido un impulso de la actividad bacteriana, lo que significa que tomaron el dióxido de carbono y el nitrógeno y liberaron oxígeno», dijo Marty.
Este rápido aumento del dióxido de carbono al final del Arcaico se produjo a una escala similar a las emisiones de dióxido de carbono de los seres humanos en la actualidad. Comprender cómo los cambios catastróficos en el ciclo global del carbono afectaron a la Tierra antigua puede ayudarnos a predecir los cambios que resultarán de nuestras tasas actuales de emisiones.
Los investigadores planean analizar más muestras de rocas de este período de tiempo, para lograr una mejor resolución sobre el momento de la «rabieta» del manto de la Tierra y cómo puede haber afectado a la evolución del planeta. También planean analizar el papel del Sol y cómo los cambios en la producción solar pueden haber impactado en la temperatura de la Tierra en el pasado.
«Realmente necesitamos caracterizar mejor la Tierra antigua», dijo Marty. «En el Arcaico es sin duda donde se desarrolló la actividad bacteriana y floreció la vida. Necesitamos documentar mejor este periodo de tiempo y saber mucho más sobre el ciclo de los volátiles en el pasado lejano».»
Imagen principal: Las rocas del Arcaico, como la formación Dresser, de 3,45 Ga de antigüedad, en el noroeste de Australia, escasean hoy en día en la Tierra, lo que dificulta conocer las condiciones de la Tierra durante el eón Arcaico. Cortesía de B. Marty