1 · La Tierra antes de nosotros ciencia y técnica

La Gran Oxidación

hace unos 2400 millones de años La atmósfera y los océanos de la Tierra

En breve

Durante muchísimo tiempo, el oxígeno producido por los microorganismos reaccionó con el hierro disuelto en los océanos y formó rocas con franjas rojizas. Cuando el hierro ya no pudo absorberlo todo, el oxígeno empezó a acumularse en el aire. Para muchos microbios que vivían sin oxígeno fue un veneno, mientras que otros aprendieron a usarlo para respirar.

Por qué es importante Fue un giro químico que abrió el camino a seres vivos capaces de respirar oxígeno.

Fuente: Nature Communications, 2021, «The Great Oxygenation Event as a consequence of ecological dynamics modulated by planetary change»

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Ilustración: La Gran Oxidación (La atmósfera y los océanos de la Tierra) — Ilustración creada con IA para Storiascopio

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La historia

Un veneno que se hizo aire

Hoy alrededor de una quinta parte del aire que respiramos es oxígeno. Nos parece normal, pero durante casi la mitad de la historia de la Tierra el aire no contenía prácticamente nada. Los seres vivos de la época eran microbios que vivían sin oxígeno, y para muchos de ellos el oxígeno era un veneno, porque reacciona con las moléculas de las células y las daña. Cuando empezó a acumularse en la atmósfera, fue por tanto una catástrofe para una parte de ellos. Algunos científicos llaman a este suceso «catástrofe del oxígeno»; el nombre más usado es Gran Oxidación.

Los científicos la sitúan hacia hace 2400 millones de años, en un periodo que dura algunos cientos de millones de años. No fue un momento único, sino una transformación lenta e irregular. Algunas huellas sugieren que pequeñas cantidades de oxígeno ya se habían formado antes, a oleadas, y después habían vuelto a desaparecer.

El oxígeno no se acumulaba enseguida

Las cianobacterias producían oxígeno desde hacía cientos de millones de años, pero el aire seguía sin él. ¿Dónde iba a parar? El oxígeno es un gas muy reactivo: si hay algo con lo que combinarse, lo hace. En los mares primitivos había muchísimo hierro disuelto, aportado por los volcanes y por las fuentes calientes del fondo. En cuanto se producía oxígeno, se unía al hierro, que se convertía en óxido y caía al fondo del mar en forma de minerales rojizos.

Capa tras capa, durante cientos de millones de años, este proceso creó enormes depósitos, que hoy llamamos formaciones de hierro bandeado: rocas de franjas alternas, rojo oscuro y grises, de las que hay grandes yacimientos en Australia, en Brasil, en Canadá y en Norteamérica. Están entre las principales minas del mundo y proporcionan gran parte del hierro con el que se fabrican el acero, los coches y los puentes. Cuando el hierro disuelto se acabó, y también los demás gases y minerales que absorbían oxígeno se saturaron, el oxígeno producido por los microbios empezó a quedar libre en el mar y luego a subir al aire.

Las pruebas en las rocas

¿Cómo se sabe que el aire cambió? Las rocas lo cuentan. Antes de hace 2400 millones de años se encuentran minerales, como la pirita y la uraninita, que en las arenas de los ríos solo se conservan si no hay oxígeno, porque de lo contrario se gastarían en contacto con el aire. Después de ese periodo ya no se encuentran. En cambio aparecen los «lechos rojos», rocas rojas en las tierras emergidas, coloreadas por el óxido que se forma cuando el hierro se expone al aire. Además cambian las huellas de azufre en las rocas, con una firma particular que desaparece cuando la atmósfera se enriquece de oxígeno.

Un mundo que se enfría

La Gran Oxidación tuvo un efecto inesperado sobre el clima. Antes el aire contenía un poco de metano, un gas de efecto invernadero muy eficaz, que ayudaba a mantener caliente el planeta mientras el Sol aún era débil. El oxígeno destruye el metano. Con menos metano, según muchos estudiosos, la Tierra se enfrió, e inmediatamente después, entre hace unos 2400 y 2100 millones de años, hubo las glaciaciones llamadas «huronianas», por el nombre de una región de Canadá. Algunos estudiosos piensan que el hielo cubrió gran parte del planeta, pero el debate sigue abierto.

Mientras tanto la vida se adaptaba. Muchos microbios que no soportaban el oxígeno se retiraron a los lugares adonde todavía no llegaba: el fondo de los mares, el barro, las fuentes calientes, el intestino de los animales, que aparecerían mucho más tarde. Otros microbios, en cambio, aprendieron a usarlo. Respirar oxígeno permite sacar mucha más energía de la comida que otros métodos, y esto abrió el camino a organismos más grandes, más activos y más complicados.

Cuánto oxígeno había entonces no está claro. Los científicos piensan que era todavía una fracción muy pequeña del de hoy, y que el nivel actual se alcanzó en otras fases, cientos de millones de años después. Esto no resta importancia a la Gran Oxidación: fue la primera gran transformación del aire causada por seres vivos.

Por qué ocurrió

La causa principal fue la fotosíntesis de las cianobacterias, que producía oxígeno en cantidades cada vez mayores. Sin embargo, durante mucho tiempo el oxígeno era consumido por otros procesos: la reacción con el hierro disuelto en el mar, con los gases de los volcanes y con las rocas recién formadas.

El punto de inflexión, dicen los estudiosos, se alcanzó cuando la cantidad de oxígeno producida superó la que estos «consumidores» podían absorber. Por qué ocurrió justo en aquel momento todavía se discute. Algunas hipótesis hablan de cambios en los volcanes, que emitían menos gases capaces de consumir oxígeno; otras, de un crecimiento de las cianobacterias, o de una mayor cantidad de materia orgánica enterrada, que no se oxida y deja oxígeno libre.

Probablemente fue una combinación de factores, en la que la vida y la geología del planeta interactuaron. Por eso los científicos hablan de causas «todavía discutidas».

Qué cambió

La atmósfera rica en oxígeno hizo posible, mucho más tarde, la formación de la capa de ozono. El ozono es una forma de oxígeno que absorbe los rayos ultravioleta peligrosos del Sol. Cuando la capa fue lo bastante gruesa, la vida pudo salir del agua y vivir en las tierras emergidas sin sufrir daños. Un aire con oxígeno es también el motivo por el que hoy existen el fuego, el óxido y la respiración.

Respirar con oxígeno da mucha más energía que los métodos que prescinden de él. Esta energía extra fue uno de los motivos que permitieron el desarrollo de las células complejas y, mucho tiempo después, de los animales, que gastan muchísima energía para moverse, crecer y pensar.

Para la humanidad, la Gran Oxidación ha dejado un regalo: las formaciones de hierro bandeado. Casi todo el hierro que usamos para el acero viene de esas rocas. Además nos recuerda que los seres vivos pueden cambiar un planeta entero. Hoy somos nosotros quienes modificamos el aire con el dióxido de carbono que emitimos, en un tiempo mucho más breve, y entender cómo la vida cambió la Tierra en el pasado ayuda a entender qué puede ocurrir ahora.

Personas y lugares clave

Personas

Preston Cloud: Geólogo estadounidense (1912-1991). Fue de los primeros en sostener que el oxígeno del aire lo había producido la vida y en relacionarlo con las formaciones de hierro.
Heinrich Holland: Geoquímico estadounidense (1927-2012). En su libro de 1984 describió la historia del oxígeno en el aire y en los océanos.
Ariel Anbar: Geoquímico estadounidense. Con un grupo de colegas encontró, en 2007, huellas de pequeñas cantidades de oxígeno antes de la Gran Oxidación (resultado discutido después).

Lugares

Pilbara y Hamersley, Australia Occidental: Una de las mayores regiones de formaciones de hierro bandeado: de aquí viene gran parte del hierro del mundo.
Lago Superior, Norteamérica: Alrededor del lago hay grandes yacimientos de hierro bandeado, que durante más de un siglo han alimentado las acerías de Estados Unidos.
Lago Hurón, Canadá: La región da nombre a las glaciaciones huronianas, ocurridas justo después de la Gran Oxidación.

Para saber

El aire de hoy contiene un 21 por ciento de oxígeno: si tuviera mucho más, por ejemplo un 30 por ciento, los incendios serían mucho más violentos y difíciles de apagar.
Para los microbios sin oxígeno la Gran Oxidación fue como una crisis ambiental mundial: algunos científicos la han llamado el primer caso de «contaminación» de la historia, causado por seres vivos.
Las rocas de bandas rojas y grises son tan bonitas que en algunas zonas de Australia se cortan y se pulen como piedras ornamentales.
Nuestra sangre es roja por el hierro de la hemoglobina, la molécula que transporta el oxígeno: el hierro y el oxígeno son una pareja muy antigua.
Cada cianobacteria produce muy poco oxígeno, pero miles de millones de miles de millones de microbios, durante millones de años, bastaron para cambiar el aire de todo el planeta.