3 de febrero de 2015

Evolución de la atmósfera terrestre




¿Cómo apareció la atmósfera y como ha evolucionado hasta la actualidad? Nuestro planeta, debido a su tamaño y a su masa media no pudo retener gases ligeros como el hidrógeno y el helio, que escaparon, barridos por el viento solar. Una vez que este viento aminoró, los planetas terrestres rehicieron sus atmósferas (los que pudieron) y la Tierra, a partir de gases expulsados de sus abundantes volcanes logro fabricar una atmósfera discreta formada por dióxido de carbono, nitrógeno, vapor de agua, y dióxido de azufre con trazas de otros.

Hay que hacer notar, que se cree, que el CO2 fue más abundante en aquella atmósfera, que en la actual; se sabe que el sol, en aquella época emitía menos energía que en la actualidad (alrededor de un 30% menos), pues estaba entrando en la fase del helio, más estable y energética; el CO2, principal gas invernadero, compensaría dicha falta de calentamiento, permitiendo una temperatura templada en la superficie terrestre y la licuación del agua. Con el tiempo, y con la hidrosfera formada, los procesos geológicos externos, como la meteorización, erosión, transporte y sedimentación se asentaron sobre la superficie terrestre y el dióxido de carbono fue incorporándose a la corteza terrestre, principalmente en forma de carbonatos como consecuencia de dichos procesos; este hecho decrementó dicho gas en esta atmósfera primitiva, con lo cual debió disminuir la temperatura en superficie.

 

Pero esta primera evolución atmosférica fue seguida de otra, tal vez más importante para nosotros y gracias a la cual estamos aquí: la transformación de dicha atmósfera en oxidante, tal y como es en la actualidad.

Los primeros seres vivos, que muy probablemente fueron bacterias, aparecieron en nuestro planeta una vez que aminoró la etapa de craterización, a partir de unos 3.800 m.a. Muy pronto surgió el metabolismo autótrofo y la fotosíntesis bacteriana y aparecieron en escena las cianobacterias (antiguas algas azules) como lo demuestra la aparición muy temprana de estromatolitos fósiles, que son tapines petrificados de diferentes poblaciones bacterianas, entre las que, de manera importante se encuentran estas cianobacterias; estos estromatolitos también se forman en la actualidad; pues bien, estas bacterias y por supuesto otros tipos, ya poblaban los primitivos océanos hace 3.500 m.a. Como se sabe, la actividad fotosintética consume CO2 y desprende O2 (oxígeno) al ambiente. Los océanos comenzaron a cargarse de oxígeno y después este gas pasó a la atmósfera, de manera que hace unos 2.600 m.a. dicha envoltura ya era bastante oxidante y en torno a los 2.000 m.a., la atmósfera cercana a la superficie terrestre (homosfera) era de composición similar a la actual, es decir, con un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno y trazas de vapor de agua, gases nobles como argón y dióxido de carbono (0,03%).

 

Hay que indicar en esta evolución atmosférica algunas consecuencias notables: En primer lugar el incremento significativo de oxígeno en la atmósfera; se considera a las bacterias fotosintéticas y a las cianobacterias en particular como los primeros seres vivos que contaminaron la atmósfera de forma importante, produciendo un verdadero cataclismo ambiental: la atmósfera oxigenada. El oxígeno es un gas muy reactivo y para las primitivas bacterias debió resultar venenoso, provocando una de las primeras extinciones masivas de seres vivos sobre la Tierra. Pero los seres vivos, en especial los bacterianos, son persistentes y se adaptan con el tiempo a las nuevas situaciones ambientales; así es que pronto aparecieron bacterias resistentes a este gas letal, las bacterias que actualmente llamamos aerobias: la evolución inventó unas enzimas capaces de neutralizar el oxígeno; este se utilizó en oxidar moléculas mas o menos complejas para liberar la energía que contenían y esta energía fue aprovechada por la propia bacteria para sus necesidades vitales, dejando como residuos metabólicos ambientales, dióxido de carbono y agua. Se inventó la respiración aerobia, muy rentable energéticamente hablando, y que actualmente han adoptado la gran mayoría de los seres vivos; somos seres vivos adaptados a vivir en un ambiente oxigenado.

El surgimiento de estas bacterias aerobias fue una jugada maestra de la evolución: por un lado se consigue neutralizar al oxígeno, que ya no resulta venenoso y por otro lado se utiliza en beneficio de las nuevas bacterias, disponiendo estas de una mayor cantidad de energía para sus actividades vitales; además, el dióxido de carbono expulsado como desecho metabólico al ambiente se podía utilizar para el proceso fotosintético.

Pero hay más; a medida que se iba incrementando el oxígeno en la atmósfera, éste fue formando una capa de ozono (oxígeno triatómico) en las capas altas atmosféricas (estratosfera). Este hecho trajo consecuencias muy favorables para el desarrollo de la vida sobre la Tierra: Los rayos solares llegan a la superficie terrestre y no todos tienen la misma frecuencia o longitud de onda. Los de alta frecuencia y corta longitud de onda son más penetrantes y suelen ser más peligrosos; esto sucede con los rayos ultravioleta de onda corta que llegan con bastante facilidad y abundancia a la Tierra y que dañan las estructuras vivas como el ADN; pues bien, la capa de ozono actúa como un filtro y no deja pasar a este tipo de rayos UV de onda corta hacia nuestra superficie; hasta entonces, las bacterias tuvieron que vivir protegidas de estas radiaciones, en los océanos o bajo tierra; con la aparición de esta capa de ozono las bacterias primero y los seres no bacterianos después pudieron colonizar la tierra firme, el ambiente terrestre y así llegar a la situación actual en la que la vida se ha extendido por toda la superficie de nuestro planeta.

Este ambiente oxigenado, además propició la aparición de las células no bacterianas (eucariotas) modernas, de las cuales está hechos todos los seres pluricelulares que hay sobre la Tierra, como los hongos, los vegetales y los animales, incluidos nosotros. Según la hipótesis endosimbiótica, hoy en día aceptada y probada, nuestras células surgieron de la asociación entre células precursoras eucariotas (quizá arquibacterias) y bacterias aerobias, las cuales, se transformaron en mitocondrias y bacterias fotosintéticas que se transformaron en cloroplastos (esto último, en los vegetales); de esta manera la nueva célula eucariota era más eficiente, ya que podía respirar el oxígeno, consiguiendo un alto rendimiento energético. Estos nuevos seres debieron surgir probablemente entre 2.000 y 1.500 m.a. y muchos de ellos, al igual que las bacterias, colonizaron el medio terrestre.