Evolución ininterrumpida
2005/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
La atmósfera actual es conocida por algunos como la segunda atmósfera. Con esta expresión quieren destacar que la composición actual de la atmósfera es muy diferente a la anterior.
En los comienzos del Sistema Solar, los principales gases eran el helio y el hidrógeno. La tierra se estaba formando y estaba borda. Estaba muy caliente y la piel se hacía y se deshacía, fundida. Por otra parte, no tenía gran masa y la fuerza de gravedad débil no podía retener los gases en su entorno. El viento solar transportaba gases y hasta que el viento se calmó, la Tierra no pudo rodearse de una atmósfera.
Al parecer, durante miles de millones de años no hubo ambiente en el planeta Tierra. Los meteoritos caían continuamente del cielo y al chocar contra la piel desprendían un calor enorme. También abundaban los volcanes que liberaban gases con azufre, otros gases y vapor de agua. Los gases más ligeros se escapaban, pero con el tiempo, a medida que aumentaba la masa de la Tierra, la fuerza de la gravedad aumentó y consiguió mantener los gases pesados.
Así surgió la primera atmósfera. Estaba compuesto mayoritariamente por vapor de agua y dióxido de carbono, y apenas había oxígeno. Estaba cargado de electricidad y se producían temibles tormentas.
El Sol calentaba entonces menos que ahora, pero la Tierra no estaba helada. De hecho, la atmósfera tenía mucho más dióxido de carbono que ahora, y gracias al efecto invernadero que provocaba no se congeló el planeta. Además, la temperatura templada provocó la condensación del vapor de agua. Así, comenzó a llover y surgieron los océanos.
Los océanos modificaron la proporción de gases de la atmósfera. Absorbieron gran cantidad de dióxido de carbono y otros muchos pasaron a la superficie terrestre, a las rocas. En consecuencia, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera disminuyó, lo que provocó una disminución de la temperatura.
Sin oxígeno
Sin embargo, los investigadores no saben exactamente cuál era la composición de la atmósfera de entonces. Son cosas antiguas, muy antiguas, y las huellas que hay son débiles y a veces contradictorias. Pero, sin duda, la composición de la atmósfera influye decisivamente en cómo apareció la vida. La mayoría de los científicos cree que para que la vida salga a partir de compuestos inorgánicos es imprescindible que primero haya posibilidad de formar moléculas orgánicas. Para ello, la atmósfera debe ser reductora, sin oxígeno.
Hoy en día no es posible. La atmósfera actual está dominada por el nitrógeno y el oxígeno, con un 77% de nitrógeno y un 21% de oxígeno. Debido a la cantidad de oxígeno libre, esta atmósfera es oxidante y en este ambiente no pueden producirse las reacciones químicas necesarias para la formación de biomoléculas.
En la atmósfera de entonces no había oxígeno libre. Se formaba oxígeno, como el agua disociada o liberada por volcanes, pero reaccionaba rápidamente con otros elementos. Por ejemplo, desaparecía mucho oxígeno al reaccionar con el hierro de las rocas.
En un momento dado se dieron los primeros pasos para revolucionar la situación. Los científicos no saben cómo, pero surgieron los primeros seres vivos. Ellos, por supuesto, no necesitaban oxígeno para vivir, porque de lo contrario no nacían. Sin embargo, algunos de estos seres vivos se deben a la acumulación de oxígeno en la atmósfera. De hecho, la aparición y expansión de los organismos que realizaban la fotosíntesis rompió el equilibrio de los gases en la atmósfera hasta entonces.
La revolución de la fotosíntesis
Los organismos revolucionarios son las cianobacterias. Surgieron en las costas continentales, hace 3.500-2.700 millones de años. No fueron los primeros seres vivos, ya que las primeras bacterias aparecieron un millón de años antes, pero las cianobacterias eran muy especiales: tenían y tienen clorofila y pigmentos fotosintéticos, que ya existen y bacterias de este tipo en mares templados y tropicales.
El problema es que las cianobacterias tenían la capacidad de realizar la fotosíntesis. Es decir, usando la energía del Sol y a partir del dióxido de carbono y el agua, se producían glúcidos y oxígeno. En un principio, este oxígeno no se liberaba a la atmósfera ya que era utilizado para oxidar el carbono orgánico producido. Pero una pequeña parte de la materia orgánica, al morir, iba al fondo del océano, donde no utilizaba oxígeno. Por lo tanto, quedaba un poco de oxígeno libre. Poco a poco el océano se saturó de oxígeno y luego el oxígeno empezó a fluir a la atmósfera. Eso sí, duraba poco en el aire, ya que se perdió el hierro de las rocas. Sin embargo, hace unos 2.500-2.300 millones de años la situación cambió. El oxígeno era letal para otras bacterias, pero las cianobacterias gustaban, por lo que se propagaron con facilidad. Gracias a ellos, la concentración de oxígeno en la atmósfera fue aumentando poco a poco, llegando a igualarse a la actual: 21%.
En esta situación surgieron bacterias capaces de adaptarse a la atmósfera con oxígeno. De alguna manera, inventaron la respiración aerobia. Las bacterias tomaban oxígeno y con ello oxidaban las moléculas. Utilizaban la energía liberada en la reacción para satisfacer sus necesidades, y los residuos eran dióxido de carbono y agua.
La creación de bacterias aerobias fue una obra maestra de la evolución. Por un lado, se neutralizaba un gas letal para el resto. Por otro lado, se obtenía más energía que en las reacciones anaerobias. Finalmente, se podía aprovechar el residuo (dióxido de carbono) para realizar la fotosíntesis. ¡Una jugada única!
Manteniendo el equilibrio
Según esta teoría general, hace tiempo que la atmósfera alcanzó su concentración actual de oxígeno. Sin embargo, no todos los científicos creen que coincidió con la aparición de cianobacterias. Les parece demasiado pronto, según ellos fue hace 600 millones de años. Y tienen una razón para creerlo: entonces aparecieron los primeros seres celulares complejos. Necesitaban más oxígeno para vivir que los anteriores, por eso no creen que había tanto oxígeno en la atmósfera hasta entonces.
Entonces o antes, la concentración de oxígeno alcanzó el 21% y desde entonces no se ha producido ningún cambio en la composición de la atmósfera. Según explica el climatólogo Antón Uriarte en su libro Historia del clima de la Tierra, esto es debido a que en cuanto aparece un proceso que rompe el equilibrio, ha ocurrido otro que le ha traído a su lugar.
Por ejemplo, si por el aumento de la fotosíntesis se eleva el nivel de oxígeno en la atmósfera, es posible que las rocas se oxiden más que antes, con lo que el oxígeno vuelve a su nivel anterior. Otra alternativa es la proliferación de microorganismos heterótrofos. Estos microorganismos se alimentan y oxidan la materia orgánica muerta, lo que provocaría una disminución del oxígeno. Por otro lado, en una atmósfera rica en oxígeno, el fuego se encenderá con facilidad y los incendios se propagan de forma espectacular. Entonces, como la combustión consume oxígeno, el oxígeno volvería a la concentración anterior.
Los procesos contrarios se producirían si en lugar de aumentar la concentración de oxígeno se redujera. En cierta medida existen mecanismos para mantener el equilibrio de las concentraciones de gas en la atmósfera.
Arriba y abajo
Sin embargo, desde entonces se han producido variaciones en la composición de la atmósfera, y no de ninguna índole. Por ejemplo, en la creación y al final de las glaciaciones participaron muchos agentes. Entre ellas, quizás el cambio de la atmósfera no siempre hubiera sido determinante, pero sólo uno o más contribuyó a cambiar la situación en un momento dado. ¿Qué cambió la composición de la atmósfera durante las glaciaciones? No hay una única respuesta, ya que hay muchas opciones para explicarlo: que los volcanes o movimientos de placas tectónicas suelten gran cantidad de gases al aire, que la vida fotosintética se intensifique espectacularmente y que éstos disminuyan el dióxido de carbono, que un terrible meteoro coloque la Tierra... Esto se ha producido a lo largo de la historia del planeta y en cierta medida, junto con otros agentes, podían influir en el origen o final de las glaciaciones.
También ha habido incidentes fuera de los temibles períodos de hielo. Por ejemplo, la disminución de la concentración de oxígeno parece tener una gran influencia en la mayor destrucción jamás producida. De hecho, a finales del Permiar y comienzos del Triásico se perdieron el 90% de las especies marinas y el 70% de los vertebrados terrestres. Hay varias teorías que explican por qué ocurrió esto: que un gigante meteoro golpeó la Tierra, que los volcanes masivos entraron en erupción... Ahora, en la reciente revista científica Science, unos investigadores explican el efecto de la pérdida de oxígeno.
Parece que hace 400 millones de años la concentración de oxígeno aumentó hasta alcanzar el 30% hace 300 millones de años. Luego se redujo enormemente y hace 240 millones de años sólo era del 12%.
Esto significa que existía entonces suficiente oxígeno a nivel del mar a 5.300 metros de altura. La falta de oxígeno, por supuesto, tuvo una gran influencia en los seres vivos. De hecho, las especies que utilizan el oxígeno necesitan un mínimo para vivir, por ejemplo, la especie humana no sobrepasa los 5.100 metros de los Andes.
En el centro del Permiar, cuando la concentración de oxígeno era del 30%, parece que los animales respiraban con facilidad a cualquier altura. Pero a medida que los niveles de oxígeno bajan, los investigadores creen que los animales y plantas que antes eran capaces de vivir a 6.000 metros bajaron a 300 metros.
Algunas especies no pudieron adaptarse y desaparecieron. Otros, a pesar de su capacidad de adaptación, quedaron aislados de los hábitats erosionados, lo que les llevó a perderlos. Según los articulistas, por tanto, el nivel de oxígeno afectó directamente al mayor desastre de la historia de la Tierra.
Pregunta sin respuesta
Sin embargo, los científicos no sólo se preocupan del pasado, claro. Los cambios que se están produciendo ahora también se están analizando de cerca, sobre todo porque sospechan que pueden influir en el futuro. De hecho, en el último siglo estamos emitiendo al aire una gran cantidad de dióxido de carbono, con lo que la concentración de gas ha aumentado en la troposfera, la capa atmosférica más cercana a la superficie terrestre.
Al mismo tiempo, XX. En el siglo XX la temperatura superficial ha aumentado aproximadamente 0,6 ºC, según el grupo internacional IPCC que analiza el cambio climático. Más aún, analizando los datos indirectos del hemisferio norte, parece XX. El incremento de la temperatura en el siglo XX ha sido el más notable del último milenio.
Al margen de las temperaturas, existen otros indicios de calentamiento de la Tierra. Por ejemplo, los glaciares de montaña han retrocedido en general y han calculado que la capa de nieve ha disminuido un 10% desde la década de 1960. Asimismo, los océanos se han calentado desde 1950 y el nivel del mar ha subido entre 0,1 y 0,2 metros en XX. En el siglo XX.
¿Por qué se han producido todos estos cambios? ¿Son consecuencia de agentes naturales o tiene que ver la actividad humana? ¿Influirá en el futuro? Estas son las principales preguntas y no parece que haya una respuesta clara, al menos no existe un consenso absoluto entre los investigadores.
Algunos creen que los cambios de los últimos años están dentro del ciclo natural o que no hay datos suficientes para sacar conclusiones. Por lo tanto, no les parece que haya motivo de preocupación. Sin embargo, los expertos superiores del IPCC consideran que existe una relación directa entre el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero y el aumento de la temperatura. Estos gases son, entre otros, dióxido de carbono, metano y óxido nitroso, que se están acumulando en la atmósfera principalmente por la actividad humana. Todo apunta al cambio climático que está provocando.
¿Qué traerá en el futuro? Uno sabe, pero, según el físico de la UPV, Jon Saenz, que trabaja con los modelos climáticos, “sin saber cómo es la pendiente y qué hay al final, yo no tiraría una bola de nieve en la ladera nevada”. Para él, los datos, las conclusiones y las previsiones proporcionadas por el IPCC son absolutamente fiables, por lo que “lo mejor es actuar con prudencia, por lo que considero imprescindible tomar medidas para no incrementar el calentamiento global”.
Ciclo del oxígeno
Los mayores flujos de oxígeno se refieren a la fotosíntesis y a la respiración/descomposición. Al erosionar las rocas superficiales, la atmósfera gana oxígeno, pero pierde una cantidad similar a la de la materia orgánica que se hunde. Es el caso, por ejemplo, de las plantas marinas que van al fondo de los océanos y de los huesos de los animales. Asimismo, la quema de combustibles fósiles produce la pérdida de oxígeno en la atmósfera. Finalmente, la fotólisis es la causa de que la atmósfera gane una pequeña cantidad de oxígeno. En este proceso, los rayos solares rompen las moléculas de vapor de agua y, aunque el oxígeno queda en la atmósfera, el hidrógeno se pierde en el espacio.
