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| El agua se acumula en los musgos. Se cree que las primeras plantas terrestres no eran vasculares, como los musgos. Crédito: Katmai Preserve NPS Photo/Russ Taylor |
La llegada de las 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 de la UCL (University College London) y Yale.
El ciclo del carbono, proceso a través del cual el carbono se mueve entre las rocas, los océanos, los organismos vivos y la atmósfera, actúa como termostato natural de la Tierra, regulando su temperatura durante largos periodos de tiempo.
En un nuevo estudio, publicado en la revista Nature, los investigadores analizaron muestras de rocas de los últimos tres mil millones de años y encontraron pruebas de un cambio drástico en el funcionamiento de este ciclo hace unos 400 millones de años, cuando las plantas empezaron a colonizar la tierra.
En concreto, los investigadores observaron un cambio en la química del agua de mar registrado 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.
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| Muestreo de sedimentos del Ordovícico (450 millones de años) por la primera autora, Boriana Kalderon-Asael. Crédito: Ashleigh Hood |
Dado que la formación de arcilla en el océano (meteorización inversa) hace que se libere dióxido de carbono a la atmósfera, mientras que la arcilla en 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 llevó a un planeta más frío y a un clima oscilante, con alternancia de edades de hielo y períodos más cálidos.
Los investigadores sugieren que el cambio se debió a la expansión de las plantas terrestres que mantienen los suelos y las arcillas en la tierra, impidiendo que el carbono sea arrastrado al océano, y al crecimiento de la vida marina que utiliza el silicio para sus esqueletos y paredes celulares, como las esponjas, las algas unicelulares y los radiolarios (un grupo de protozoos), lo que provocó un descenso del silicio en el agua de mar necesario para la formación de arcilla.
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 funcionó de forma fundamentalmente diferente durante la mayor parte de la historia de la Tierra en comparación con la actualidad.
"El cambio, que se produjo gradualmente hace entre 400 y 500 millones de años, parece estar vinculado a dos importantes innovaciones biológicas de la época: la expansión de las plantas en la tierra y el crecimiento de los organismos marinos que extraen el silicio del agua para crear sus esqueletos y paredes celulares.
"Antes de este cambio, el dióxido de carbono atmosférico se mantenía elevado, lo que daba lugar a un clima estable de efecto invernadero. Desde entonces, nuestro clima ha rebotado entre edades de hielo y periodos más cálidos. Este tipo de cambio favorece la evolución y durante este periodo se aceleró la evolución de la vida compleja, formándose por primera vez animales terrestres.
"Una atmósfera menos rica en carbono también es más sensible a los cambios, lo que permite a los humanos influir en el clima más fácilmente a través de la quema de combustibles fósiles".
La primera autora, Boriana Kalderon-Asael, estudiante de doctorado en la Universidad de Yale, dijo: "Al medir los isótopos de litio en rocas que abarcan la mayor parte de la historia de la Tierra, nos propusimos investigar si algo había cambiado en el funcionamiento del ciclo del carbono a gran escala temporal. Descubrimos que sí, y este cambio parece estar relacionado con el crecimiento de la vida vegetal en la tierra y la vida animal que utiliza el silicio en el mar".
En el estudio, los investigadores midieron los isótopos de litio en 600 muestras de roca tomadas en muchos lugares diferentes del mundo. El litio tiene dos isótopos estables naturales: 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 el 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 descubrieron un aumento de los niveles del isótopo 7 del litio en el agua de mar registrado 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 coincidió con la propagación de las plantas en la tierra y la aparición de la vida marina que utiliza el silicio.
La arcilla se forma en la tierra como residuo de la meteorización química, el principal proceso a largo plazo por el que 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 de calcio, que fluyen hacia el océano. Finalmente, el carbono queda atrapado en las rocas del fondo del océano. En cambio, la extracción de carbono por la fotosíntesis de las plantas se anula una vez que éstas se descomponen, y rara vez afecta a 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 acaba liberándose al aire como parte del continuo intercambio de carbono que se produce cuando el aire se encuentra con el agua.
Fuentes, créditos y referencias:
Referencia: "A lithium-isotope perspective on the evolution of carbon and silicon cycles" por Boriana Kalderon-Asael, Joachim A. R. Katchinoff, Noah J. Planavsky, Ashleigh v. S. Hood, Mathieu Dellinger, Eric J. Bellefroid, David S. Jones, Axel Hofmann, Frantz Ossa Ossa, Francis A. Macdonald, Chunjiang Wang, Terry T. Isson, Jack G. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West, Malcolm W. Wallace, Dan Asael y Philip A. E. Pogge von Strandmann, 14 de julio de 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-03612-1