Las reacciones químicas que involucran hierro podrían haber aumentado en el manto los compuestos ricos en oxígeno
Es posible que tengamos que agradecer a los antiguos océanos de magma por el aire respirable de la Tierra.
Poco después de la formación del planeta hace unos 4.500 millones de años, de alguna manera el manto se hizo mucho más rico en oxígeno de lo que era originalmente. Esa roca comenzó a filtrar moléculas como dióxido de carbono y agua a la atmósfera pobre en oxígeno, lo que ayudó a impulsar condiciones adecuadas para la vida unos 2 mil millones de años antes de la Gran Oxidación, cuando se disparó la cantidad de oxígeno molecular en la atmósfera.
Ha sido un misterio la causa de esa transición química en el manto. Ahora, nuevos experimentos de laboratorio sugieren que las reacciones químicas que involucran hierro en los océanos de magma de la Tierra primitiva inclinaron el equilibrio químico del manto a favor de más compuestos ricos en oxígeno, informan investigadores en la revista Science del 30 de agosto.
"Esto es más que una curiosidad química. Es profundamente importante porque realmente prepara el escenario para toda la evolución posterior de la Tierra", dice Jonathan Tucker, un geoquímico de la Carnegie Institution for Science en Washington, DC, que no participó en el trabajo. "El estado de oxidación de la Tierra, y de los planetas en general, es un factor muy, muy importante que controla la habitabilidad".
Al principio de la historia de la Tierra, el planeta fue golpeado por planetesimales, que podrían haber creado océanos de roca fundida que se sumergieron cientos de kilómetros de profundidad en el manto. Los científicos han sospechado que la intensa presión en tales océanos de magma obligó al hierro ferroso que contenía oxígeno a dividirse en dos tipos diferentes de hierro: uno más rico en oxígeno, llamado hierro férrico, y hierro metálico sin oxígeno. Este hierro metálico pesado se habría hundido en el núcleo de la Tierra, dejando el manto dominado por más hierro férrico rico en oxígeno.
Para probar esa idea, los geoquímicos de la Universidad de Bayreuth en Alemania realizaron experimentos de laboratorio que simularon condiciones a unos 600 kilómetros de profundidad dentro de un océano de magma. Mientras calentaban el material sintético del manto a miles de grados centígrados, los investigadores utilizaron yunques para triturar las muestras fundidas con presiones de hasta más de 20 gigapascales.
"Eso es el equivalente a poner toda la masa de la Torre Eiffel en un objeto del tamaño de una pelota de golf", dice Katherine Armstrong, ahora en la Universidad de California, Davis.
Armstrong y sus colegas midieron las cantidades de hierro ferroso y férrico en muestras antes y después de la exposición a estas condiciones extremas. No importa cuánto hierro ferroso había originalmente en la roca, a las presiones más altas, el 96 por ciento del hierro en el producto final era el hierro férrico rico en oxígeno.
Armstrong explica que ese hallazgo indica que en el fondo de un océano de magma el hierro férrico es más estable. Cualquier hierro ferroso a esas profundidades podría descomponerse en hierro férrico, arrojando hierro metálico que se hundiría en el núcleo.
Estos resultados son evidencia "bastante convincente" de que la descomposición química del hierro ferroso en los océanos de magma podría haber ayudado a aumentar la abundancia relativa de oxígeno en el manto de la Tierra primitiva, dice Tucker. Pero aún no está claro si este proceso químico fue el único que contribuyó al aumento de oxígeno en la atmósfera de la Tierra primitiva, agrega.
Afu Lin, un físico mineral de la Universidad de Texas en Austin que no participó en el trabajo, también encuentra que la descomposición del hierro ferroso es una explicación plausible para la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra. Los investigadores podrían ayudar a validar esta historia, dice, buscando firmas químicas del proceso en las rocas de la Tierra primitiva y diamantes superprofundos del manto.
Artículo científico: Deep magma ocean formation set the oxidation state of Earth’s mantle
