La atmósfera protectora de la Tierra ha protegido la vida durante miles de millones de años, creando un refugio donde la evolución produjo formas de vida complejas como nosotros.
por Evan Gough, Universo hoy
La capa de ozono desempeña un papel fundamental a la hora de proteger la biosfera de la mortal radiación ultravioleta. Bloquea el 99% de la potente emisión de rayos UV del sol. La magnetosfera de la Tierra también nos protege.
Pero el sol es relativamente manso. ¿Cuán eficaces son el ozono y la magnetosfera para protegernos de poderosas explosiones de supernovas?
Cada millón de años (una pequeña fracción de los 4.500 millones de años de vida de la Tierra) una estrella masiva explota a 100 pársecs (326 años luz) de la Tierra. Lo sabemos porque nuestro sistema solar se encuentra dentro de una enorme burbuja en el espacio llamada Burbuja Local.
Es una región cavernosa del espacio donde la densidad del hidrógeno es mucho menor que fuera de la burbuja. Una serie de explosiones de supernovas en los 10 a 20 millones de años anteriores crearon la burbuja.
Las supernovas son peligrosas y cuanto más cerca está un planeta de una de ellas, más letales son sus efectos. Los científicos han especulado sobre los efectos que las explosiones de supernovas han tenido en la Tierra, preguntándose si han provocado extinciones masivas o al menos extinciones parciales.
El estallido de rayos gamma y los rayos cósmicos de una supernova pueden agotar el ozono de la Tierra y permitir que la radiación ultravioleta ionizante llegue a la superficie del planeta. Los efectos también pueden crear más partículas de aerosol en la atmósfera, aumentando la cobertura de nubes y provocando un enfriamiento global.
Un nuevo artículo de investigación publicado en Communications Earth & Environment examina las explosiones de supernovas y su efecto en la Tierra. Se titula «La atmósfera de la Tierra protege la biosfera de las supernovas cercanas». El autor principal es Theodoros Christoudias del Centro de Investigación del Clima y la Atmósfera del Instituto de Chipre, Nicosia, Chipre.
La burbuja local no es la única evidencia de supernovas de colapso del núcleo (SNe) cercanas en los últimos millones de años. Los sedimentos oceánicos también contienen 60 Fe, un isótopo radiactivo de hierro con una vida media de 2,6 millones de años.
Los SNe expulsan 60 Fe al espacio cuando explotan, lo que indica que una supernova cercana explotó hace unos 2 millones de años. También hay 60 Fe en sedimentos que indican otra explosión de SN hace unos 8 millones de años.
Los investigadores han correlacionado una explosión SN con la extinción del Devónico tardío hace unos 370 millones de años. En un artículo , los investigadores encontraron esporas de plantas quemadas por la luz ultravioleta, una indicación de que algo poderoso agotó la capa de ozono de la Tierra. De hecho, la biodiversidad de la Tierra disminuyó durante unos 300.000 años antes de la extinción del Devónico tardío, lo que sugiere que múltiples SNe podrían haber desempeñado un papel.
La capa de ozono de la Tierra está en constante cambio. Cuando la energía ultravioleta llega a él, rompe las moléculas de ozono (O 3 ). Esto disipa la energía ultravioleta y los átomos de oxígeno se combinan nuevamente para formar O 3 . El ciclo se repite.
Ésta es una versión simplificada de la química atmosférica involucrada, pero sirve para ilustrar el ciclo. Una supernova cercana podría anular el ciclo, agotando la densidad de la columna de ozono y permitiendo que más rayos ultravioleta mortales lleguen a la superficie de la Tierra.
Pero en el nuevo artículo, Christoudias y sus colegas autores sugieren que la capa de ozono de la Tierra es mucho más resistente de lo que se pensaba y proporciona una amplia protección contra SNe en 100 pársecs. Si bien investigadores anteriores han modelado la atmósfera de la Tierra y su respuesta a una SN cercana, los autores dicen que han mejorado ese trabajo.
Modelaron la atmósfera de la Tierra con un modelo de sistemas terrestres con química atmosférica (EMAC) para estudiar el impacto de las explosiones cercanas de SNe en la atmósfera de la Tierra. Utilizando EMAC, los autores dicen que han modelado «la compleja dinámica de la circulación atmosférica, la química y la retroalimentación del proceso» de la atmósfera de la Tierra.
Estos son necesarios para «simular la pérdida de ozono estratosférico en respuesta a una ionización elevada, lo que lleva a la nucleación inducida por iones y al crecimiento de partículas hasta CCN» (núcleos de condensación de nubes).
«Asumimos un SN cercano representativo con tasas de ionización de GCR (rayos cósmicos galácticos) en la atmósfera que son 100 veces los niveles actuales», escriben. Esto se correlaciona con una explosión de supernova a unos 100 pársecs o 326 años luz de distancia.
«El agotamiento máximo de la capa de ozono en los polos es menor que el actual agujero antropogénico de ozono en la Antártida, lo que equivale a una pérdida de la columna de ozono del 60-70%», explican los autores. «Por otro lado, hay un aumento de ozono en la troposfera, pero está dentro de los niveles resultantes de la reciente contaminación antropogénica».
Pero vayamos al grano. Queremos saber si la biosfera de la Tierra es segura o no.
El agotamiento medio máximo del ozono estratosférico debido a 100 veces más radiación ionizante de lo normal, representativo de un SN cercano, es aproximadamente del 10% a nivel mundial. Esa es aproximadamente la misma disminución que causa nuestra contaminación antropogénica. No afectaría mucho a la biosfera.
«Aunque son significativos, es poco probable que tales cambios en el ozono tengan un impacto importante en la biosfera, especialmente porque la mayor parte de la pérdida de ozono ocurre en latitudes altas», explican los autores.
Pero eso es para la Tierra moderna. Durante el Precámbrico, antes de que la vida explotara en una multiplicación de formas, la atmósfera tenía sólo alrededor del 2% de oxígeno. ¿Cómo afectaría eso un SN? «Simulamos una atmósfera con un 2% de oxígeno, ya que esto probablemente representaría condiciones en las que la biosfera emergente en la tierra aún sería particularmente sensible al agotamiento de la capa de ozono», escriben los autores.
«La pérdida de ozono es de alrededor del 10% al 25% en latitudes medias y un orden de magnitud menor en los trópicos», escriben los autores. Con niveles mínimos de ozono en los polos, la radiación ionizante de una SN podría terminar aumentando la columna de ozono. «Concluimos que es poco probable que estos cambios del ozono atmosférico hayan tenido un impacto importante en la biosfera emergente en la tierra durante el Cámbrico», concluyen.
¿Qué pasa con el enfriamiento global?
El enfriamiento global aumentaría, pero no en un grado peligroso. En los océanos Pacífico y Sur, el CCN podría aumentar hasta un 100%, lo que parece mucho. «Estos cambios, aunque climáticamente relevantes, son comparables al contraste entre la prístina atmósfera preindustrial y la contaminada atmósfera actual». Dicen que enfriaría la atmósfera aproximadamente en la misma cantidad que la calentamos ahora.
Los investigadores señalan que su estudio se refiere a toda la biosfera, no a individuos. «Nuestro estudio no considera los riesgos directos para la salud de humanos y animales resultantes de la exposición a radiaciones ionizantes elevadas», escriben.
Dependiendo de las circunstancias individuales, las personas podrían quedar expuestas a niveles peligrosos de radiación con el tiempo. Pero en general, la biosfera seguiría funcionando a pesar de un aumento de 100 veces en la radiación ultravioleta. Nuestra atmósfera y magnetosfera pueden soportarlo.
«En general, encontramos que es poco probable que el SNe cercano haya causado extinciones masivas en la Tierra», escriben los autores. «Concluimos que la atmósfera y el campo geomagnético de nuestro planeta protegen eficazmente la biosfera de los efectos del cercano SNe, que ha permitido que la vida evolucione en la tierra durante los últimos cientos de millones de años».
Este estudio muestra que la biosfera de la Tierra no sufrirá mucho mientras las explosiones de supernovas se mantengan a distancia.
Más información: Theodoros Christoudias et al, La atmósfera de la Tierra protege la biosfera de las supernovas cercanas, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01490-9
