Gran Evento de Oxigenación (GOE): origen del oxígeno en la atmósfera
GOE: descubre el origen del oxígeno y cómo las cianobacterias transformaron océanos, atmósfera y clima, provocando extinciones y glaciaciones.
El Gran Evento de Oxigenación (GOE) fue la introducción de oxígeno libre en nuestra atmósfera. Fue causado por las cianobacterias que realizaban la fotosíntesis. Duró mucho tiempo, desde hace unos tres mil millones de años hasta hace unos mil millones de años.
La frase anterior refleja la idea de que la actividad fotosintética comenzó mucho antes de que el oxígeno se acumulara en la atmósfera. Actualmente, los datos geológicos y geoquímicos indican que la acumulación sostenida de oxígeno en la atmósfera —el GOE— se produjo principalmente alrededor de hace ~2,45–2,32 mil millones de años (aprox. 2.4–2.3 Ga). Sin embargo, la producción de oxígeno por fotosíntesis pudo haber empezado cientos de millones de años antes en ambientes locales (las llamadas "oasis oxigénicos") sin que el oxígeno se mantuviera libre en la atmósfera global.
La fotosíntesis producía oxígeno tanto antes como después de la GOE. La diferencia era que antes del GOE, la materia orgánica y el hierro disuelto capturaban químicamente cualquier oxígeno libre. La Tierra tiene mucho hierro, y el hierro tiene mayor solubilidad que sus óxidos, por lo que los océanos tenían mucho hierro disuelto. Se convirtió en óxido dehierro y formó enormes depósitos como roca de hierro en bandas de las eras Arcaica y Proterozoica. Cuando no quedaba suficiente hierro para capturar más oxígeno, el oxígeno libre se acumulaba en la atmósfera. Esto fue el GOE.
El oxígeno era tóxico para la mayoría de los habitantes anaeróbicos de la Tierra en aquella época. Cuando las cianobacterias produjeron oxígeno y construyeron sus estromatolitos, cambiaron el entorno para otros protistas. Como los demás protistas no tenían forma de lidiar con el oxígeno, la mayoría se habría extinguido. Otra consecuencia fue el efecto del oxígeno libre sobre el metano atmosférico, un gas de efecto invernadero. La reacción eliminó el metano y provocó la glaciación huroniana, posiblemente el episodio terrestre de nieve más largo de la historia. El oxígeno libre ha sido una parte importante de la atmósfera desde entonces.
Causas y mecanismo del GOE
El proceso básico es sencillo en su concepto: las cianobacterias realizaban fotosíntesis oxigénica, liberando oxígeno como subproducto. Pero durante cientos de millones de años ese oxígeno quedaba «consumido» por sumideros químicos antes de poder acumularse en el aire. Entre los sumideros más importantes estuvieron:
- El hierro disuelto en los océanos, que se oxidaba y precipitada formando las conocidas bandas ricas en hierro (roca de hierro en bandas).
- La materia orgánica y gases reductores liberados por volcanismo (por ejemplo H2, H2S, CH4) que reaccionaban con el oxígeno.
- La alteración química de la corteza y los sedimentos que consumía oxígeno.
Cuando estos sumideros dejaron de absorber oxígeno a la misma tasa que las cianobacterias lo producían —por ejemplo porque el hierro disponible en los océanos se oxidó y se depositó en grandes cantidades— el oxígeno empezó a acumularse en la atmósfera: ese punto de inflexión es el GOE.
Evidencias geológicas y cronología
Las principales líneas de evidencia del GOE incluyen:
- La abundancia y edad de las rocas de hierro en bandas, que muestran grandes depósitos formados cuando el Fe2+ oceánico se oxidó y precipitó.
- El fin de las firmas isotópicas de azufre conocidas como fraccionamiento de masa independiente (MIF-S), que desaparecen del registro alrededor de ~2.45–2.32 Ga, interpretado como indicio de la presencia de una atmósfera con oxígeno suficiente.
- La aparición de "red beds" (rocas terrestres con óxidos de hierro) y otros indicios de meteorización oxidativa en la superficie continental poco después del GOE.
Consecuencias para el clima y la vida
- Reducción del metano atmosférico: el oxígeno reaccionó con el metano, disminuyendo este potente gas de efecto invernadero y contribuyendo a la glaciación huroniana (episodios de hielo a gran escala) en el intervalo ~2.4–2.1 Ga.
- Extinción o fuerte reducción de comunidades anaeróbicas sensibles al oxígeno; ello representó una crisis ambiental para muchos microorganismos que estaban adaptados a condiciones sin oxígeno.
- Oportunidad evolutiva: la disponibilidad de oxígeno permitió la evolución de la respiración aeróbica —mucho más eficiente que los procesos anaeróbicos— y facilitó pasos posteriores hacia eucariotas más complejos, organismos multicelulares y, a largo plazo, animales.
- Formación de la capa de ozono: con más oxígeno en la atmósfera se empezó a formar ozono (O3), que bloquea parte de la radiación ultravioleta (UV) y protege la superficie, favoreciendo la colonización de ambientes superficiales y continentales.
Niveles de oxígeno después del GOE y eventos posteriores
Tras el GOE el oxígeno atmosférico no alcanzó de inmediato los niveles modernos. Durante gran parte del Proterozoico medio los estimados sugieren concentraciones mucho menores que las actuales (fracciones de la presión parcial actual, a menudo <1 % del nivel moderno, aunque hay debates y variación temporal). Más tarde, a finales del Neoproterozoico y en el Paleozoico, hubo nuevos incrementos de oxígeno que se relacionan con la diversificación de la vida compleja.
Resumen
El Gran Evento de Oxigenación (GOE) fue la transición en la que el oxígeno liberado por la fotosíntesis quedó libre y persistente en la atmósfera global, transformando químicamente la Tierra, su clima y sus formas de vida. Fue un proceso lento y por etapas: la producción de oxígeno comenzó antes, pero la acumulación atmosférica sucedió cuando los sumideros químicos se saturaron. Sus consecuencias incluyeron grandes cambios biológicos (extinciones y nuevas oportunidades evolutivas), cambios climáticos (glaciaciones) y la creación de condiciones que permitieron la evolución de la vida compleja tal como la conocemos.
O2 en la atmósfera terrestre. Las líneas roja y verde representan el rango de las estimaciones, mientras que el tiempo se mide en miles de millones de años (Ga). Etapa 1 (3,85-2,45 Ga): Prácticamente no hay O 2en la atmósfera. Estadio 2 (2,45-1,85 Ga): 2Se produce O, pero se absorbe en los océanos y en las rocas del fondo marino. Etapa 3 (1,85-0,85 Ga): El O 2empieza a salir de los océanos, pero es absorbido por las superficies terrestres. Etapas 4 y 5 (0,85-presente): El O se hunde 2lleno y el gas se acumula.
Cronometraje
La evidencia es que el oxígeno libre fue producido por primera vez por organismos fotosintéticos (procariotas, más tarde eucariotas) que emitieron oxígeno como producto de desecho. Estos organismos vivieron mucho antes del GOE, quizás hace 3500 millones de años (mya). El oxígeno que produjeron habría sido rápidamente eliminado de la atmósfera por la "oxidación masiva" que condujo a la deposición de las formaciones de hierro en bandas. El oxígeno sólo empezó a persistir en la atmósfera en pequeñas cantidades poco tiempo (~50 millones de años) antes del inicio del GOE. Sin una reducción, el oxígeno se acumularía muy rápidamente. Con las tasas actuales de fotosíntesis (que son mucho mayores que las del Precámbrico sin plantas terrestres), los niveles modernos de O atmosférico 2podrían producirse en unos 2.000 años.
Resumen:
- 3.500 mya Eón Arcaico: producción de oxígeno por cianobacterias en estromatolitos.
- El oxígeno provoca el depósito de hierro en forma de óxidos de hierro en las formaciones de hierro en banda.
- c. 2.400 mya Era paleoproterozoica: el oxígeno libre se escapa a la atmósfera, absorbido en su mayor parte en la tierra.
- c. 850 mya Era neoproterozoica: el oxígeno comienza a acumularse en la atmósfera. Continúa aumentando durante la era paleozoica hasta los niveles actuales.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el Gran Suceso Oxigenante (GOE)?
R: El GOE fue la creación de oxígeno libre en nuestra atmósfera, causada por las cianobacterias que realizaban la fotosíntesis. Tuvo lugar durante un largo periodo de tiempo, desde hace tres mil millones de años hasta hace unos mil millones de años.
P: ¿Cómo se produjo la GOE?
R: Antes de la GOE, la materia orgánica y el hierro disuelto capturaban químicamente cualquier oxígeno libre. Cuando no quedó suficiente hierro para capturar más oxígeno, el oxígeno libre se acumuló en la atmósfera, lo que constituyó la GOE.
P: ¿Cuáles fueron algunas consecuencias de la GOE?
R: El oxígeno era tóxico para la mayoría de los habitantes anaeróbicos de la Tierra en aquella época, por lo que muchos se extinguieron. El oxígeno libre también reaccionó con el metano atmosférico, un gas de efecto invernadero, eliminándolo y provocando la glaciación huroniana, quizá el episodio de nevadas más largo de la Tierra. El oxígeno libre ha sido una parte importante de nuestra atmósfera desde entonces.
P: ¿Qué son los estromatolitos?
R: Los estromatolitos son estructuras en capas formadas por cianobacterias que pueden encontrarse en entornos de aguas poco profundas como lagunas y charcas de marea. Se crean cuando las bacterias atrapan partículas de sedimento dentro de sus capas de mucus y forman esteras unas sobre otras con el paso del tiempo.
P: ¿Cómo afectó la fotosíntesis a la Tierra antes y después del GOE?
R: La fotosíntesis producía oxígeno tanto antes como después del GOE; sin embargo, antes todo el oxígeno libre era capturado por la materia orgánica o el hierro disuelto, mientras que después parte del oxígeno libre podía acumularse en nuestra atmósfera debido a la falta de hierro disponible para capturarlo ya todo.
P: ¿Cuándo tuvo lugar este acontecimiento?
R: El Gran Acontecimiento de Oxigenación tuvo lugar desde hace tres mil millones de años hasta hace unos mil millones de años.
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