Coincide con el surgimiento de vida marina que usa silicio
La llegada de plantas a la tierra hace unos 400 millones de años puede haber cambiado la forma en que la Tierra regula naturalmente su propio clima, según un nuevo estudio dirigido por investigadores del University College de Londres (UCL) y la Universidad de Yale.
El ciclo del carbono, el proceso a través del cual el carbono se mueve entre las rocas, los océanos, los organismos vivos y la atmósfera, actúa como el termostato natural de la Tierra, regulando su temperatura durante largos períodos de tiempo.
En un nuevo estudio los investigadores observaron muestras de rocas que abarcan los últimos tres mil millones de años y encontraron evidencia de un dramático cambio en el funcionamiento de este ciclo hace unos 400 millones de años, cuando las plantas comenzaron a colonizar la tierra.
Específicamente, los investigadores notaron un cambio en la química del agua de mar registrada en la roca que indica un cambio importante en la formación global de arcilla, la "fábrica de minerales de arcilla", de los océanos a la tierra.
Dado que la arcilla que se forma en el océano (meteorización inversa) conduce a la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera, mientras que la arcilla en la tierra es un subproducto de la meteorización química que elimina el dióxido de carbono del aire, esto redujo la cantidad de carbono en la atmósfera, lo que condujo a un planeta más frío y un clima oscilante, con edades de hielo alternas y períodos más cálidos.
Los investigadores sugirieron que el cambio fue causado por la propagación de plantas terrestres que mantienen los suelos y las arcillas en la tierra, impidiendo que el carbono se transporte al océano, y para el crecimiento de la vida marina que utiliza silicio para sus esqueletos y paredes celulares, como esponjas, algas unicelulares y radiolarios (un grupo de protozoos), lo que lleva a una caída de silicio en el agua de mar necesaria para la formación de arcilla.
Imagen derecha: Muestreo de sedimentos del Ordovícico (450 millones de años) por el primer autor Boriana Kalderon-Asael. Crédito: Ashleigh Hood
El autor principal, el Dr. Philip Pogge von Strandmann (Ciencias de la Tierra de la UCL) dijo: "Nuestro estudio sugiere que el ciclo del carbono operó de una manera fundamentalmente diferente durante la mayor parte de la historia de la Tierra en comparación con la actualidad".
"El cambio, que se produjo gradualmente entre 400 y 500 millones de años atrás, parece estar vinculado a dos importantes innovaciones biológicas en ese momento: la propagación de plantas en la tierra y el crecimiento de organismos marinos que extraen silicio del agua para crear sus esqueletos y paredes celulares".
"Antes de este cambio, el dióxido de carbono atmosférico se mantuvo alto, lo que condujo a un clima estable de efecto invernadero. Desde entonces, nuestro clima ha ido y venido entre las edades de hielo y los períodos más cálidos. Este tipo de cambio promueve la evolución y durante este período se aceleró la evolución de la vida compleja, con la formación de animales terrestres por primera vez".
"Una atmósfera menos rica en carbono también es más sensible al cambio, lo que permite a los humanos influir en el clima más fácilmente mediante la quema de combustibles fósiles".
La primera autora Boriana Kalderon-Asael, estudiante de doctorado de la Universidad de Yale, dijo: "Al medir los isótopos de litio en rocas que abarcan la mayor parte de la historia de la Tierra, nuestro objetivo era investigar si algo había cambiado en el funcionamiento del ciclo del carbono en una gran escala de tiempo. Descubrimos que sí, y este cambio parece estar relacionado con el crecimiento de la vida vegetal en la tierra y la vida animal que usa silicio en el mar".
Imagen: El agua se acumula en los musgos. Se pensaba que las primeras plantas terrestres no eran vasculares, como los musgos. Crédito: Foto Katmai Preserve NPS/Russ Taylor
En el estudio, los investigadores midieron isótopos de litio en 600 muestras de roca tomadas de diferentes lugares del mundo. El litio tiene dos isótopos estables de origen natural: uno con tres protones y tres neutrones y otro con tres protones y cuatro neutrones.
Cuando la arcilla se forma lentamente en la tierra, favorece fuertemente al litio-6, dejando el agua circundante enriquecida con el otro isótopo más pesado, el litio-7. Al analizar sus muestras mediante espectrometría de masas, los investigadores encontraron un aumento en los niveles de isótopo 7 de litio en el agua de mar registrados en la roca, que se produjo hace entre 400 y 500 millones de años, lo que sugiere un cambio importante en la producción de arcilla de la Tierra que coincide con la propagación de plantas en la tierra y el surgimiento de vida marina que usa silicio.
La arcilla se forma en la tierra como un residuo de la meteorización química, el proceso principal a largo plazo mediante el cual se elimina el dióxido de carbono de la atmósfera. Esto ocurre cuando el carbono atmosférico se combina con el agua para formar un ácido débil, el ácido carbónico, que cae al suelo en forma de lluvia y disuelve las rocas, liberando iones, incluidos los iones de calcio, que fluyen hacia el océano. Finalmente, el carbono queda atrapado en rocas en el fondo del océano.
Por el contrario, la reducción de carbono por la fotosíntesis de las plantas se anula una vez que las plantas se descomponen y rara vez afecta los niveles de dióxido de carbono en escalas de tiempo superiores a unos pocos cientos de años.
Cuando se forma arcilla en el océano, el carbono permanece en el agua y finalmente se libera al aire como parte del intercambio continuo de carbono que se produce cuando el aire se encuentra con el agua.
La investigación se ha publicado en la revista Nature: A lithium-isotope perspective on the evolution of carbon and silicon cycles
