La historia del oxígeno en la Tierra podría haber comenzado mucho antes de lo que sugiere la imagen tradicional de un planeta que pasó de una atmósfera casi desprovista de este elemento a otra capaz de sostener formas de vida complejas. Una investigación internacional dirigida por0 Hugo Moreira, investigador de la Universidad de Portsmouth, en Reino Unido, ha encontrado señales químicas que vinculan la superficie terrestre con las profundidades del planeta hace entre 3.400 y 3.000 millones de años.
El trabajo, publicado en Nature Geoscience, no sostiene que la atmósfera primitiva estuviera llena de oxígeno ni que existiera entonces una concentración comparable a la actual. Su hallazgo es más específico: determinados minerales conservan indicios de que materiales oxidados procedentes de la superficie ya estaban siendo transportados hacia el interior de la Tierra mediante procesos relacionados con la subducción. El manto, por tanto, habría empezado a registrar los cambios químicos superficiales mucho antes de la gran transformación de la atmósfera.
La presencia de oxígeno en algunas zonas o materiales no equivale a que hubiera oxígeno libre en abundancia en el aire. La investigación aborda precisamente esa diferencia entre la evolución química localizada y la transformación global que permitió que el oxígeno se convirtiera en un componente importante de la atmósfera.
La expresión "respirar oxígeno" funciona como una metáfora para describir el intercambio químico entre la superficie y el interior de la Tierra. El manto no respira como un organismo, ni absorbe aire mediante un mecanismo biológico. Es una capa de roca caliente, mayoritariamente sólida, situada entre la corteza y el núcleo externo, que experimenta movimientos lentos durante millones de años.
Uno de los mecanismos que conecta el exterior con esas profundidades es la subducción. Se produce cuando una placa tectónica se hunde bajo otra y arrastra materiales de la superficie hacia el interior. Entre ellos pueden encontrarse compuestos que han sufrido procesos de oxidación, es decir, cuya composición química refleja la presencia o transferencia de oxígeno.
Si esos materiales alcanzan zonas profundas, pueden modificar el estado químico de las rocas del manto. La señal que los investigadores han identificado sugiere que este proceso de reciclaje ya estaba funcionando hace miles de millones de años y que la química del interior terrestre respondía a cambios que se producían en la superficie.
La importancia del resultado reside en la antigüedad de esa conexión. La atmósfera de la Tierra primitiva era muy diferente de la actual, y durante buena parte de su historia apenas contenía oxígeno libre. Sin embargo, la nueva investigación apunta a que ciertos procesos capaces de transportar materiales oxidados hacia el interior ya estaban activos cuando el planeta todavía se encontraba en una fase muy temprana de su evolución.
Esto permite plantear una cuestión central para las ciencias de la Tierra: hasta qué punto la tectónica de placas y los intercambios químicos entre superficie e interior contribuyeron a crear y mantener las condiciones necesarias para la vida. El estudio no resuelve por sí solo el origen de los organismos, pero aporta una pieza para reconstruir el entorno en el que pudieron aparecer y evolucionar.
La gran oxidación: el cambio que transformó la atmósfera
Durante sus primeros miles de millones de años, la Tierra tuvo una atmósfera con cantidades muy reducidas de oxígeno libre. Esta situación comenzó a cambiar de forma decisiva hace aproximadamente 2.400-2.300 millones de años con la Gran Oxidación, un acontecimiento que marcó un aumento significativo y duradero del oxígeno atmosférico. Si bien este episodio se suele relacionar con la actividad de microorganismos fotosintéticos capaces de producirlo, su acumulación final dependió también de las reacciones con minerales, gases y otros compuestos que tendían a consumirlo antes de que lograra concentrarse en el aire.
La nueva investigación amplía el contexto temporal de ese cambio. Los resultados indican que la señal química del oxígeno en los materiales del manto afectados por el reciclaje superficial aumentó entre hace 3.400 y 3.000 millones de años y permaneció detectable a lo largo del intervalo estudiado. Según los autores, esa evolución llegó a niveles comparables a los actuales alrededor de hace 2.100 millones de años.
No debe interpretarse que el manto entero se oxidara de manera uniforme ni que todo el planeta siguiera una evolución idéntica. La evidencia procede de minerales concretos y permite reconstruir determinados procesos geológicos. Su valor está en mostrar que el sistema terrestre ya presentaba conexiones químicas entre la superficie y las profundidades en una etapa muy anterior a la acumulación generalizada de oxígeno atmosférico.
Esta cronología también obliga a separar dos preguntas que a menudo se confunden: cuándo empezó a producirse oxígeno en ciertos entornos y cuándo llegó a acumularse en cantidades importantes en la atmósfera. El nuevo trabajo contribuye a estudiar la primera cuestión y la relación entre ambas, pero no elimina las incertidumbres sobre los mecanismos exactos que gobernaron la transición.
Para investigar una época de la que apenas sobreviven registros directos, el equipo recurrió al circón, un mineral especialmente resistente que puede conservar información química durante miles de millones de años. Algunos de estos cristales contienen inclusiones de apatito, otro mineral que quedó encerrado en su interior durante su formación.
El circón actúa como una cápsula del tiempo geológica: protege las inclusiones frente a alteraciones posteriores y permite estudiar materiales extraordinariamente antiguos. Mediante técnicas de análisis y datación, los investigadores pudieron establecer la antigüedad de las muestras y comparar su composición con la de otros periodos de la historia terrestre.
El equipo examinó rocas procedentes de regiones de Australia, Finlandia, Sudáfrica, Brasil y Escocia. Después, las muestras fueron analizadas en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, en Grenoble, Francia. Allí se utilizó un haz de rayos X muy preciso para estudiar el estado químico del azufre presente en los diminutos cristales de apatito.
¿Por qué analizar azufre para reconstruir la historia del oxígeno? Porque la forma química en que aparece este elemento puede aportar información sobre las condiciones de oxidación existentes cuando se formaron los minerales. Interpretada dentro de su contexto geológico, esa huella permite investigar cómo cambiaba la química de los materiales que posteriormente podían ser transportados hacia el interior terrestre.
La precisión de este estudio resulta decisiva, ya que las inclusiones analizadas son diminutas—algunas más estrechas que un cabello humano—y contienen cantidades muy pequeñas de azufre. Por esta razón, los investigadores necesitaron mediciones sensibles y repetidas para comprobar que el patrón observado no dependía de una muestra aislada. Otro aspecto relevante es que el equipo empleó el mismo tipo de roca a lo largo de todo el intervalo temporal estudiado, puesto que comparar materiales equivalentes reduce las inconsistencias que suelen aparecer al intentar reconstruir el pasado combinando rocas de naturaleza distinta y formadas bajo condiciones diferentes.
Tectónica de placas y origen de un planeta habitable
La investigación se inscribe en un debate científico más amplio sobre la relación entre la tectónica de placas, la evolución química del planeta y el surgimiento de la vida. La tectónica recicla materiales, modifica la superficie y participa en ciclos que regulan elementos fundamentales para los sistemas biológicos.
Este reciclaje puede influir en la disponibilidad de nutrientes y en el intercambio de carbono y otros elementos entre la corteza, el océano, la atmósfera y el interior terrestre. También ayuda a explicar por qué la Tierra ha experimentado cambios ambientales a escalas de tiempo geológicas. No obstante, la existencia de tectónica no basta, por sí sola, para demostrar cómo apareció la vida ni para determinar si ese proceso es indispensable en todos los planetas habitables.
El estudio de Moreira y sus colaboradores tampoco demuestra que el oxígeno detectado en las huellas minerales desencadenara directamente la Gran Oxidación. Lo que aporta es evidencia de una conexión temprana entre los procesos superficiales y el manto, capaz de ampliar la comprensión de cómo evolucionó el sistema terrestre antes de que la atmósfera adquiriera una composición más parecida a la actual.
La distinción importa porque la historia de la habitabilidad no depende de un único acontecimiento. Intervienen la química de la atmósfera y los océanos, la actividad geológica, las fuentes de energía y la evolución de los organismos. Reconstruir las interacciones entre esos factores requiere combinar registros minerales, modelos y otras evidencias independientes.
El trabajo prolonga una línea de investigación previa publicada en Nature Geoscience en 2023, que ya había examinado las relaciones entre la química de la atmósfera antigua y la del interior terrestre durante la Gran Oxidación. La nueva investigación amplía la perspectiva hacia etapas anteriores y utiliza un registro mineral comparable para seguir esa conexión a través de miles de millones de años. @mundiario
