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GEOQUÍMICA

Testigos de una Tierra primitiva

Rocas halladas en el estado brasileño de Minas Gerais guardan registros de la existencia de bolsones de oxígeno unos 400 millones de años antes de que este gas se acumulara en la atmósfera

Estas rocas de Minas Gerais conservan indicios de que el mar que cubría aquella región ya producía oxígeno en grandes cantidades hace casi 2.800 millones de años

William Patrick Gilhooly III

Muestras de rocas muy antiguas recogidas en zonas aledañas al área conocida como Quadrilátero Ferrífero, en el estado brasileño de Minas Gerais, están ayudando a los científicos a efectuar una reconstrucción de algunas partes de un largo período en el cual la Tierra fue poco favorable a la vida tal como existe hoy. Desde la formación del planeta, hace 4.600 millones de años, hasta el final del eón Arcaico, una etapa geológica que finalizó hace 2.500 millones de años, la atmósfera terrestre prácticamente no contenía oxígeno: era anóxica, al igual que los mares, que también eran menos profundos y más ácidos. En aquellas condiciones solamente prosperaban seres unicelulares primitivos, como las bacterias y las arqueas. Hace unos 2.400 millones de años se inició una transformación importante, cuando las condiciones químicas de aquellos ambientes cambiaron y permitieron el desarrollo de microorganismos (cianobacterias) capaces de realizar fotosíntesis y liberar oxígeno. La proliferación masiva de estas cianobacterias provocó un fenómeno generalizado en la Tierra, conocido como el Gran Evento de Oxigenación: cuando la producción de este gas se multiplicó miles de veces y empezó a acumularse en la atmósfera. Hoy en día, la misma contiene un 21 % de oxígeno.

Los análisis recientes de las rocas de Minas Gerais del final del Arcaico comienzan a confirmar que hace unos 2.800 millones de años, casi 400 millones de años antes de ese gran incremento de los niveles de oxígeno, tanto la atmósfera como los mares de ciertas regiones del planeta ya experimentaron cambios químicos intensos y relativamente rápidos, aunque localizados. Cuatro estudios publicados entre 2017 y 2021 por investigadores brasileños sugieren que, en aquel pasado remoto, el mar de escasa profundidad que cubría parte de lo que hoy es la región central de Minas Gerais experimentó una evolución química en decenas de millones de años y pasó a acumular concentraciones considerables de oxígeno.

Uno de los trabajos fue realizado por un equipo científico de Río de Janeiro, dos por un grupo de São Paulo y el último, por investigadores de Minas Gerais. Todos arribaron a resultados similares al analizar el mismo tipo de rocas sedimentarias –las formaciones de hierro bandeado, con abundante contenido de minerales ferrosos–, recogidas en tres municipios del estado de Minas Gerais: Nova Lima, en el Área Metropolitana de Belo Horizonte; Pitangui, ubicado a unos 130 kilómetros al oeste de la capital, y Gouveia, situado 250 kilómetros al norte. Las aguas de ese mar poco profundo que cubría esta región, hoy compuesta por cerros y mesetas cubiertas por el Bosque Atlántico o las sabanas del Cerrado, ya producían oxígeno hace entre 2.860 y 2.670 millones de años. “Ese habría sido uno de los oasis de oxígeno más antiguos del planeta en aquel período”, dice la bióloga Alice Bosco Santos, experta en geoquímica y autora principal de un artículo publicado en 2020 en la revista Precambrian Research y otro en 2021, en Geoscience Frontiers.

En la pasantía posdoctoral que realizó bajo la supervisión del geólogo Elson Paiva de Oliveira en la Universidad de Campinas (Unicamp), Bosco Santos dató las formaciones de hierro bandeado en un testigo o núcleo de perforación (una muestra cilíndrica de roca extraída con un trépano hueco especial) de 125 metros (m) de largo obtenido por una compañía minera en el cinturón de rocas verdes Rio das Velhas, en Nova Lima, y en otro de 105 m en el cinturón de rocas verdes Pitangui, en el municipio de igual nombre. Los resultados de las dataciones y análisis químicos de las rocas sugieren que aquel mar dejó de ser un ambiente anóxico y se transformó en óxico (con alto contenido de oxígeno) en dos etapas.

Alice Bosco SantosMicroscopía de un fragmento rocoso rico en pirita (puntos negros)Alice Bosco Santos

Los análisis indicaron que, hace unos 2.760 millones de años, las aguas de este mar, además de ser anóxicas, tenían altas concentraciones de hierro, procedente de las profundidades del planeta y liberado en el agua a través de fuentes hidrotermales. Las evidencias de la existencia de ese ambiente inicial anóxico ferruginoso se encuentran en los diferentes minerales que contienen el elemento químico hierro (Fe) –magnetita, carbonato de hierro y pirita, entre otros– presentes en el tramo más profundo de uno de esos testigos. “La química de la columna de agua de aquel ambiente arcaico ha quedado registrada en el material sedimentario del suelo”, dice el geólogo Marcelo Freimann, alumno de doctorado en la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) y autor de un artículo publicado en octubre que muestra indicios de una gran producción de oxígeno hace 2.770 millones de años, en las rocas del Arcaico del municipio de Gouveia.

El hierro atrapado por otros elementos químicos que formaron minerales precipitados en el fondo de ese mar perdió concentración en el agua que, simultáneamente, comenzó a recibir grandes cantidades de azufre (S) proveniente de la actividad volcánica y de la desintegración de las rocas de los continentes primigenios. Además de anóxica, el agua se volvió euxínica, rica en sulfuro de hidrógeno (H2S), que probablemente sirvió como fuente de energía para ciertas bacterias. La evidencia de esta actividad microbiana ha dejado una firma específica en el azufre presente en el mineral pirita (FeS2) de esas rocas. “Los cambios químicos en ese ambiente permitieron finalmente que los microorganismos productores de oxígeno proliferaran y aumentaran la producción del gas”, relata Bosco Santos, que en la actualidad trabaja como investigadora en la Universidad de Lausana, en Suiza.

Los bolsones de producción de oxígeno de aquel período son escasos. Previo a este que se identificó en Minas Gerais, tan solo se conocían otros tres, con edades similares, en Sudáfrica, Australia y Canadá. “Las rocas del Arcaico son raras y el esfuerzo de los grupos brasileños ha contribuido a configurar el contexto global en el que se produjo ese aumento de la producción de oxígeno”, dice el geoquímico Sergio Caetano Filho, quien en su doctorado en la Universidad de São Paulo (USP) estudió un segundo gran evento de oxigenación, ocurrido hace 500 millones de años.

“Al señalar la existencia de un oasis de oxígeno en el Arcaico en tierras que hoy forman parte del territorio brasileño, el trabajo de nuestro grupo y el de los equipos de Río de Janeiro y Minas Gerais sugiere que los eventos de oxigenación menores, anteriores a aquel principal, habrían sido más frecuentes y extendidos por todo el planeta, aunque no siempre continuos”, analiza Oliveira, de la Unicamp.

El proyecto
Evolución de los terrenos arqueanos del Cratón de São Francisco y de la Provincia de Borborema: implicaciones para los procesos geodinámicos y paleoambientales globales (nº 12/15824-6); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Elson Paiva de Oliveira (Unicamp); Inversión R$ 3.855.602,22

Artículos científicos
BOSCO-SANTOS, A. et al. Neoarchean atmospheric chemistry and the preservation of S-MIF in sediments from the São Francisco Craton. Geoscience Frontiers. 7 jun. 2021.
BOSCO-SANTOS, A. et al. Euxinia in the Neoarchean: the starting point for early oxygenation in a Brazilian Craton. Precambrian Research. 14 feb. 2020.
FREIMANN, M. A. et al. New geochronologic and geochemical constraints for the Pedro Pereira metavolcanosedimentary sequence: Evidence for a 2.77 Ga oxygen oasis record in the São Francisco-Congo paleocontinent. Journal of South American Earth Sciences. 30 oct. 2021.
BRANDO SOARES, M. et al. Geology of the Pitangui greenstone belt, Minas Gerais, Brazil: Stratigraphy, geochronology and BIF geochemistryPrecambrian Research. abr. 2017.

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