Un estudio en PNAS plantea que la subducción fría pudo favorecer la acumulación de oxígeno en la atmósfera durante miles de millones de años
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Eduardo Schmitz
La atmósfera de la Tierra no siempre tuvo el oxígeno que hoy permite la respiración de animales, plantas y seres humanos. Durante buena parte de sus 4.500 millones de años de historia, el planeta tuvo una superficie casi desprovista de oxígeno libre. La gran pregunta para la geología y la biogeoquímica no es solo cuándo aumentó ese gas, sino qué proceso sostuvo su acumulación durante escalas de tiempo tan largas.
Un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences propone una explicación centrada en la tectónica de placas. El trabajo, firmado por Wei Shi y colaboradores, plantea que la llamada subducción fría pudo haber sido un motor principal de la oxigenación prolongada de la superficie terrestre, al modificar la manera en que ciertos materiales capaces de consumir oxígeno fueron retirados del sistema superficial del planeta.
Una atmósfera que se oxigenó en tres grandes etapas
Las evidencias geológicas y geoquímicas muestran que la atmósfera terrestre rica en oxígeno no apareció de golpe. Su evolución se produjo en tres grandes fases. La primera fue el Gran Evento de Oxigenación, ocurrido aproximadamente entre hace 2.400 y 2.000 millones de años, cuando el oxígeno comenzó a modificar el océano superficial y a favorecer la acumulación de elementos sensibles a reacciones de oxidación y reducción en sedimentos marinos.
Después llegó un largo intervalo conocido como los “mil millones aburridos”, una etapa de relativa estabilidad en la historia del oxígeno. Más tarde se produjo el Evento de Oxigenación Neoproterozoica, entre hace unos 800 y 540 millones de años. La tercera fase fue el Evento de Oxigenación Paleozoica, entre hace 450 y 250 millones de años, cuando los niveles de oxígeno se aproximaron a los valores actuales, cercanos al 21 % de la atmósfera.
Ese aumento progresivo fue decisivo para la evolución de formas de vida complejas. El Gran Evento de Oxigenación permitió nuevas condiciones químicas en los océanos y abrió paso a los primeros organismos eucariotas. Mucho después, los incrementos posteriores se relacionaron con cambios en el tamaño de los organismos y con la aparición de depredadores más diversos y especializados.
El papel de la subducción fría
La hipótesis central del estudio se enfoca en cómo se hunden las placas oceánicas bajo otras placas. En la subducción fría, placas oceánicas relativamente frías descienden hacia el manto terrestre. Ese proceso puede arrastrar carbono orgánico y pirita hacia zonas profundas del planeta.
La importancia de este mecanismo está en que tanto el carbono orgánico como la pirita reaccionan fácilmente con el oxígeno. Cuando estos materiales permanecen en la superficie, actúan como “sumideros” que consumen oxígeno. Pero si la subducción los transporta hacia el interior terrestre, esos sumideros se reducen y queda más oxígeno disponible para acumularse en la atmósfera y en los océanos.
La idea conecta la dinámica interna del planeta con la composición química de su superficie. No se trata solo de producir oxígeno mediante procesos biológicos, sino de impedir que ese oxígeno sea consumido continuamente por materiales reductores. En ese sentido, la subducción fría pudo haber cambiado el equilibrio entre producción, consumo y almacenamiento de oxígeno a escala planetaria.
Rocas de 4.000 millones de años como archivo geológico
Para evaluar esta hipótesis, el equipo construyó una serie temporal con relaciones de temperatura y presión obtenidas de rocas metamórficas distribuidas globalmente durante los últimos 4.000 millones de años. Esos datos permiten reconstruir, de manera aproximada, qué estilos de subducción predominaron en distintos momentos de la historia terrestre.
Los investigadores observaron que las señales de baja relación temperatura-presión coinciden ampliamente con los principales intervalos de oxigenación. Una primera etapa aparece en el Paleoproterozoico, aproximadamente entre hace 2.200 y 1.800 millones de años, en un periodo compatible con el Gran Evento de Oxigenación. Otra señal se registra desde el Neoproterozoico medio hasta la actualidad, coincidiendo de forma general con los eventos posteriores de oxigenación.
El estudio vincula la primera fase de subducción fría estable con la formación de Nuna o Columbia, un antiguo supercontinente asociado a convergencia de placas y procesos de orogénesis por colisión. Aunque el registro metamórfico es incompleto, los autores sostienen que las localidades identificadas están ampliamente distribuidas y reflejan una reducción general de las relaciones térmicas en zonas de subducción.
Un modelo para probar la historia del oxígeno
Además del análisis geológico, el equipo combinó el registro de rocas con un modelo biogeoquímico conocido como COPSE. Con esta herramienta simularon los ciclos de oxígeno, carbono y azufre en un sistema que incluye depósitos superficiales, corteza y manto.
Los resultados mostraron que una subducción fría más eficiente puede reproducir el aumento escalonado del oxígeno atmosférico. Al retroceder desde los valores modernos, el modelo predice una disminución del oxígeno en dos intervalos, variaciones durante los “mil millones aburridos” y una gran oxidación atmosférica entre hace unos 2.400 y 2.000 millones de años. Para el Arcaico, el modelo proyecta un estado con apenas trazas de oxígeno.
Esta reconstrucción es relevante porque conecta procesos tectónicos con la evolución de la vida y con la habitabilidad del planeta. Otros factores, como la fotosíntesis, la sucesión de productores primarios desde algas hasta plantas vasculares, la reducción del vulcanismo submarino y la oxidación del manto superior, también influyeron en la acumulación de oxígeno. Sin embargo, el estudio plantea que esos mecanismos por sí solos podrían no explicar toda la trayectoria de largo plazo.
Una explicación con límites claros
Los autores reconocen que el registro metamórfico tiene sesgos de preservación y muestreo. No todas las rocas antiguas sobreviven, y las que han llegado hasta hoy no representan de forma perfecta todo lo ocurrido en el planeta. También advierten que el modelo simplifica el sistema terrestre y mantiene constantes muchas variables, salvo el estilo de subducción.
Por esa razón, los resultados deben entenderse como una explicación cualitativa de tendencias de largo plazo, no como una medición exacta de niveles de oxígeno en cada periodo. Aun así, el trabajo aporta una pieza importante al debate sobre cómo la historia primitiva de la Tierra quedó marcada por la interacción entre tectónica, química oceánica, atmósfera y evolución biológica.
La propuesta también ayuda a comprender por qué el oxígeno atmosférico puede considerarse una señal compleja de habitabilidad. En la búsqueda de vida fuera del sistema solar, el oxígeno suele analizarse como una posible biofirma, pero la historia terrestre muestra que su acumulación depende de varios procesos encadenados. La vida en otros planetas podría requerir no solo organismos productores de oxígeno, sino también condiciones geológicas capaces de permitir que ese gas permanezca en la atmósfera.
La Tierra como sistema integrado
El estudio refuerza una visión de la Tierra como un sistema integrado, donde el interior del planeta, la corteza, los océanos, la atmósfera y la biosfera evolucionan juntos. La subducción fría no habría creado oxígeno por sí misma, pero sí pudo haber retirado materiales que lo consumían, facilitando que el gas producido por procesos biológicos y químicos se acumulara hasta transformar la superficie terrestre.
Esta lectura sitúa la tectónica de placas en el centro de una pregunta mayor: por qué la Tierra llegó a ser un planeta respirable. La respuesta, de acuerdo con el nuevo modelo, pudo depender de una combinación entre vida, química y placas oceánicas hundiéndose en frío hacia el manto durante miles de millones de años.
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