Investigadores del Reino Unido y Francia encontraron señales químicas de materiales superficiales oxidados que llegaron al interior del planeta mucho antes de la gran acumulación de oxígeno en la atmósfera
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Karem Díaz S.
Un equipo internacional dirigido por la Universidad de Portsmouth, en el Reino Unido, ha encontrado nuevas evidencias de que los materiales de la superficie terrestre ya estaban conectados químicamente con el manto hace al menos 3.400 millones de años. El descubrimiento procede del análisis de diminutos minerales conservados dentro de rocas muy antiguas y permite reconstruir cómo evolucionó el intercambio de sustancias entre el exterior y el interior del planeta.
La investigación, publicada el 14 de octubre de 2026 en la revista científica Nature Geoscience, contó con la participación del Centro Europeo de Radiación Sincrotrón (ESRF), situado en Grenoble, Francia. Los científicos utilizaron técnicas avanzadas de rayos X para estudiar el estado de oxidación del azufre atrapado en inclusiones minerales microscópicas.
Los resultados indican que las rocas más antiguas examinadas conservaron señales de un material del manto relativamente más oxidado que el entorno mantélico predominante de aquella época. Los investigadores interpretan esta diferencia como evidencia de que sustancias modificadas químicamente cerca de la superficie pudieron ser transportadas hacia regiones profundas de la Tierra.
El hallazgo es relevante porque estas señales aparecen en materiales formados cientos de millones de años antes de la Gran Oxidación, el prolongado proceso que permitió la acumulación permanente de cantidades importantes de oxígeno en la atmósfera terrestre.
La investigación no demuestra que la atmósfera de hace 3.400 millones de años tuviera concentraciones elevadas de oxígeno. Lo que revela es una historia química más compleja: pequeñas cantidades de sustancias oxidadas ya podían intervenir en procesos geológicos profundos mucho antes de que el planeta adquiriera las condiciones atmosféricas actuales.
Los científicos encontraron pistas dentro de minerales microscópicos
Para investigar el pasado profundo de la Tierra, el equipo encabezado por Hugo Moreira, investigador de la Universidad de Portsmouth, estudió unas rocas conocidas como sanukitoides.
Los sanukitoides son rocas ígneas que pueden formarse a partir de materiales relacionados con el manto terrestre y cuya composición conserva información sobre los procesos químicos que intervinieron en su origen.
Algunos ejemplares pertenecen al eón Arcaico, una etapa de la historia del planeta que comenzó hace aproximadamente 4.000 millones de años y terminó hace unos 2.500 millones de años.
La importancia de estas rocas reside en que pueden contener cristales de circón, un mineral especialmente resistente a la alteración geológica.
El circón tiene la capacidad de conservar información sobre su formación durante períodos extraordinariamente prolongados. Por ello, es uno de los materiales más utilizados para reconstruir la edad y las condiciones de antiguos acontecimientos geológicos.
Dentro de algunos circones estudiados por el equipo se encontraban inclusiones de apatito, otro mineral que puede incorporar distintos elementos químicos durante su cristalización.
Estas inclusiones funcionan como pequeñas cápsulas minerales protegidas por el cristal que las rodea. Su aislamiento puede contribuir a conservar características químicas que, de otro modo, podrían haberse modificado durante posteriores procesos geológicos.
La utilidad del circón como archivo del pasado también se observa en investigaciones sobre rocas de India de aproximadamente 3.500 millones de años, donde la datación de estos cristales permitió establecer una referencia temporal para posibles señales de actividad microbiana antigua.
En el nuevo estudio, sin embargo, el objetivo no era identificar organismos ni fechar el origen de la vida, sino reconstruir la evolución de las condiciones químicas del manto terrestre.
El azufre permitió reconstruir las condiciones de oxidación
El elemento central del análisis fue el azufre contenido en las diminutas inclusiones de apatito.
Este elemento puede encontrarse en diferentes estados de oxidación, dependiendo de las condiciones químicas del ambiente donde se incorpora a los minerales.
Las proporciones de esas formas químicas permiten investigar si el entorno de formación era relativamente oxidante o reductor.
En geoquímica, estas condiciones se estudian mediante una propiedad denominada fugacidad de oxígeno, que expresa la capacidad de un sistema para favorecer determinadas reacciones de oxidación y reducción.
La fugacidad de oxígeno no debe confundirse con una medición directa de la concentración de oxígeno atmosférico. Es un indicador termodinámico que ayuda a comprender el comportamiento químico de los materiales geológicos.
Los investigadores examinaron inclusiones de apatito contenidas en circones procedentes de sanukitoides de diferentes edades.
La comparación permitió establecer una secuencia temporal sobre cómo cambiaron las condiciones de oxidación de los materiales asociados con el manto durante miles de millones de años.
Según los resultados, incluso las muestras de aproximadamente 3.400 millones de años registraban características compatibles con una fuente mantélica más oxidada que el manto superior predominante en aquel momento.
Esta diferencia constituye la principal evidencia que sustenta la interpretación de los autores sobre el reciclaje temprano de materiales superficiales.
Un sincrotrón europeo permitió examinar cantidades mínimas de azufre
La investigación necesitaba una técnica capaz de identificar las formas químicas del azufre dentro de inclusiones minerales extremadamente pequeñas.
Para ello, los científicos recurrieron a la línea experimental ID21 del Centro Europeo de Radiación Sincrotrón, una instalación internacional situada en Grenoble que utiliza haces intensos de rayos X para investigar la estructura y composición de materiales.
El equipo empleó espectroscopia de absorción de rayos X cerca del borde K del azufre, una técnica que permite distinguir diferentes estados de oxidación mediante la respuesta del elemento a una radiación de energía controlada.
El procedimiento resulta especialmente útil cuando las muestras contienen concentraciones muy reducidas del elemento que se pretende analizar.
En este caso, las inclusiones de apatito tenían dimensiones micrométricas y contenían cantidades de azufre demasiado pequeñas para ser estudiadas con suficiente precisión mediante algunos procedimientos convencionales.
La elevada intensidad del haz de rayos X y la capacidad de realizar mapas químicos de alta resolución permitieron examinar las inclusiones individualmente.
Marine Cotte, científica responsable de la línea ID21, explicó que estos experimentos requieren combinar un haz muy pequeño, elevada sensibilidad y rapidez de adquisición para obtener resultados representativos de numerosos cristales.
Los análisis realizados en el ESRF se desarrollaron durante sesiones experimentales efectuadas en octubre de 2020 y enero de 2025.
La combinación de mineralogía, geoquímica y técnicas avanzadas de caracterización permitió recuperar información que había permanecido encerrada dentro de cristales durante miles de millones de años.
Las señales de oxidación aumentaron a lo largo del tiempo geológico
El análisis no se limitó a identificar una señal química antigua. Los investigadores compararon muestras de diferentes edades para reconstruir su evolución temporal.
Los resultados indican que la fugacidad de oxígeno inferida para las fuentes mantélicas aumentó progresivamente a lo largo del registro estudiado.
Hace aproximadamente 2.100 millones de años, los valores reconstruidos ya eran comparables con los observados en materiales del manto asociados con zonas modernas de subducción.
Este comportamiento sugiere que el intercambio entre la superficie y el interior terrestre pudo intensificarse o cambiar químicamente durante una parte importante de la historia temprana del planeta.
La subducción es el proceso mediante el cual una placa tectónica desciende bajo otra e introduce materiales de la corteza y la superficie en regiones profundas.
En el planeta actual, estos movimientos transportan agua, carbono, azufre y otros componentes hacia el manto. Parte de esos materiales puede regresar posteriormente a la superficie mediante procesos magmáticos y volcánicos.
Sin embargo, todavía existe un debate científico sobre cuándo comenzó la tectónica de placas con características semejantes a las actuales.
Investigaciones anteriores han propuesto que algunos de los primeros continentes pudieron formarse mediante plumas del manto y hundimiento gravitacional de rocas, sin requerir necesariamente un régimen tectónico idéntico al moderno.
El nuevo estudio aporta información sobre el intercambio químico entre superficie y profundidad, pero no establece por sí solo que hace 3.400 millones de años ya existiera un sistema global de subducción equivalente al actual.
El intercambio profundo comenzó antes de la Gran Oxidación
Uno de los aspectos más llamativos del descubrimiento es su relación temporal con la historia del oxígeno atmosférico.
La Gran Oxidación, situada aproximadamente entre hace 2.400 y 2.100 millones de años, representa una transformación fundamental de la química superficial del planeta.
Durante este prolongado intervalo, el oxígeno comenzó a acumularse de forma persistente en la atmósfera, aunque sus concentraciones continuaron evolucionando durante miles de millones de años.
Antes de ese proceso, la atmósfera y los océanos presentaban condiciones muy diferentes de las actuales y el oxígeno libre era considerablemente menos abundante.
La nueva investigación sugiere que esas condiciones no impedían completamente la formación de materiales oxidados cerca de la superficie.
Los autores proponen que pequeñas cantidades de oxígeno u otros agentes oxidantes pudieron reaccionar con minerales expuestos, modificar el estado químico del azufre y generar sustancias que posteriormente fueron transportadas hacia el interior terrestre.
La meteorización oxidativa es uno de los procesos capaces de transformar químicamente los minerales cuando interactúan con sustancias oxidantes.
La intensidad de estos procesos depende de las condiciones ambientales y de la disponibilidad de agentes químicos capaces de participar en las reacciones.
Los investigadores consideran que el registro conservado en los sanukitoides refleja una conexión entre esa evolución superficial y los cambios de oxidación observados en el manto.
Esta interpretación complementa otros trabajos sobre la relación entre geología y oxigenación del planeta, incluidos estudios que examinan cómo la erosión de antiguas cordilleras pudo modificar los ciclos de nutrientes y la acumulación de oxígeno cientos de millones de años después.
Ambas líneas de investigación abordan etapas y mecanismos distintos, pero muestran la importancia de las interacciones prolongadas entre las rocas, los océanos, la atmósfera y el interior terrestre.
El manto conserva una historia que no aparece en la atmósfera
La atmósfera terrestre ha cambiado profundamente desde la formación del planeta, y gran parte de sus características antiguas solamente puede reconstruirse mediante evidencias indirectas.
Las rocas sedimentarias, los minerales y las firmas isotópicas constituyen algunas de las principales fuentes de información sobre esos cambios.
El nuevo estudio añade una perspectiva complementaria: determinadas rocas formadas a partir de materiales relacionados con el manto pueden conservar señales de procesos que ocurrieron anteriormente en la superficie.
Esto significa que el interior terrestre no debe interpretarse únicamente como un sistema aislado de las condiciones ambientales externas.
La circulación de materiales puede conectar regiones muy diferentes del planeta y permitir que los cambios químicos superficiales dejen señales en rocas formadas a grandes profundidades.
Los investigadores consideran que los sanukitoides son especialmente valiosos porque permiten examinar esas relaciones durante una etapa de la historia terrestre de la que se conservan pocos registros directos.
Hugo Moreira señaló que estas rocas pueden funcionar como archivos de los procesos superficiales más antiguos, al conservar información sobre materiales que participaron en la formación de magmas hace miles de millones de años.
La investigación también muestra que la composición química de un magma puede reflejar procesos ocurridos antes de su generación y no solamente las condiciones inmediatas de cristalización.
Por ello, reconstruir el origen de los materiales es esencial para interpretar correctamente las señales conservadas en minerales antiguos.
La conexión entre el manto y la superficie pudo influir en la habitabilidad
El intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la Tierra desempeña actualmente una función importante en los ciclos geoquímicos de largo plazo.
La tectónica transporta materiales hacia el manto, mientras que la actividad magmática puede devolver a la superficie gases y otros componentes químicos.
Estos movimientos intervienen en la evolución de los océanos, la atmósfera y la composición de la corteza.
El reciclaje del carbono, por ejemplo, participa en la regulación del dióxido de carbono a escalas de millones de años, mientras que el transporte de azufre influye en diferentes procesos químicos y volcánicos.
Los investigadores sostienen que identificar señales de intercambio profundo tan antiguas puede ayudar a comprender cuándo comenzaron a desarrollarse algunos de los mecanismos que contribuyeron a mantener condiciones compatibles con la vida.
Sin embargo, el estudio no determina cuándo apareció la vida ni demuestra que el reciclaje de materiales oxidados fuera la causa directa de su origen.
La evidencia de posibles comunidades microbianas muy antiguas, como la encontrada en el cratón de Singhbhum, en India, corresponde a una línea de investigación diferente, centrada en identificar señales biológicas preservadas en rocas.
La importancia del nuevo trabajo reside en aportar información sobre el contexto geoquímico del planeta durante una época cercana a algunos de los registros más antiguos de actividad biológica.
Esta perspectiva permite investigar cómo evolucionaron conjuntamente los sistemas geológicos y ambientales sin atribuir a un único mecanismo la aparición o expansión de los organismos.
El estudio no establece una fecha definitiva para el inicio de la tectónica
Los autores consideran que sus resultados son compatibles con la existencia de algún mecanismo capaz de transportar materiales superficiales oxidados hacia fuentes profundas de magma durante el Arcaico.
No obstante, reconocer ese intercambio químico no equivale a identificar directamente la geometría, extensión o velocidad de las placas tectónicas antiguas.
La tectónica temprana de la Tierra continúa siendo objeto de debate porque el registro geológico ha sido profundamente transformado por metamorfismo, erosión y reciclaje de la corteza.
Las rocas conservadas representan solamente una parte de los materiales que existieron durante aquellos períodos.
Además, los indicadores geoquímicos necesitan interpretarse junto con evidencias estructurales, mineralógicas y geocronológicas para reconstruir los mecanismos responsables de transportar materiales hacia el interior.
El estudio ofrece una señal química coherente con el reciclaje temprano de sustancias oxidadas, pero todavía no permite determinar con precisión si ese proceso comenzó de manera gradual o mediante episodios relativamente rápidos.
Los investigadores también deberán evaluar hasta qué punto las muestras estudiadas representan condiciones generales del manto o características de fuentes magmáticas particulares.
Estas limitaciones no invalidan el hallazgo, pero delimitan el alcance de sus conclusiones.
Los próximos análisis buscarán ampliar el registro mineral
El equipo científico pretende mejorar la resolución temporal de los datos para establecer cómo evolucionó la conexión química entre la superficie y el manto.
Uno de los objetivos será determinar si el aumento de la oxidación registrado en las rocas ocurrió de forma progresiva o estuvo asociado con cambios más abruptos en los procesos geológicos.
Los investigadores también consideran prometedor aplicar técnicas semejantes a circones detríticos, es decir, cristales que sobrevivieron a la erosión de sus rocas originales y quedaron incorporados posteriormente en sedimentos.
Estos minerales pueden conservar información de períodos para los que ya no existen afloramientos de las rocas donde se formaron.
Su análisis podría ampliar considerablemente el registro disponible y ayudar a reconstruir etapas todavía poco conocidas de la evolución química terrestre.
La investigación publicada en Nature Geoscience demuestra que las inclusiones minerales microscópicas pueden proporcionar información sobre procesos planetarios de enorme escala temporal.
Al identificar señales de materiales oxidados en fuentes del manto de hace al menos 3.400 millones de años, el equipo aporta nuevas evidencias de que la superficie y el interior terrestre mantenían intercambios químicos mucho antes de que la atmósfera alcanzara sus condiciones actuales.
El resultado proporciona una referencia para estudiar el origen de los ciclos geoquímicos profundos y la evolución de los mecanismos que, durante miles de millones de años, han conectado las rocas, los océanos y la atmósfera.
Fuentes referenciales:
Nature Geoscience — Progressive oxidative weathering raised sub-arc mantle fugacity on the Archaean Earth (14 de octubre de 2026)
Universidad de Portsmouth — Earth was breathing oxygen billions of years before it hit the atmosphere (13 de octubre de 2026)
Centro Europeo de Radiación Sincrotrón — Earth’s early mantle exchange revealed (14 de octubre de 2026)
