Nuevos hallazgos sobre cómo el oxígeno atmosférico transformó los mares hace más de 2000 millones de años

Hace aproximadamente 2.320 millones de años, la Tierra vivió un cambio crucial: el oxígeno comenzó a acumularse de forma persistente en los océanos superficiales, lo que transformó la habitabilidad del planeta.

Un estudio internacional publicado en Nature Communications aportó nuevas evidencias geoquímicas que permiten reconstruir cómo y cuándo el oxígeno atmosférico se propagó hacia los mares, algo que marcó el inicio de la oxigenación marina a escala global.

El Gran Evento de Oxidación: un antes y un después

Según los autores, el Gran Evento de Oxidación (GOE, por sus siglas en inglés) representa uno de los episodios más decisivos en la historia terrestre. Este proceso, ocurrido entre 2.430 y 2.220 millones de años atrás, supuso un aumento permanente del oxígeno en la atmósfera, lo que alteró de manera irreversible la química superficial del planeta. Previo al GOE, tanto la atmósfera como los océanos carecían prácticamente de oxígeno, salvo pequeños “oasis” localizados incapaces de modificar el balance global, siempre de acuerdo con estos científicos.

La desaparición de ciertas firmas isotópicas de azufre (S-MIF) en sedimentos, generadas por reacciones fotoquímicas en ausencia de oxígeno, marca el inicio de este evento. Según Nature Communications: “El oxígeno libre comenzó a acumularse en la atmósfera poco después de la transición Arcaico-Proterozoico durante el Gran Evento de Oxidación”.

Análisis isotópicos revelan la oxigenación marina

Para descifrar el mecanismo de entrada del oxígeno en los océanos, el equipo de Heard analizó isótopos de vanadio y talio en lutitas del Supergrupo Transvaal, cerca de Carltonville, Sudáfrica. Estas rocas, con edades entre 2.320 y 2.260 millones de años, ofrecen un registro detallado de las condiciones redox marinas durante el GOE.

El vanadio resulta especialmente sensible a los cambios de oxígeno en el medio marino. Su comportamiento isotópico varía dependiendo de que el ambiente sea anóxico o contenga oxígeno disuelto. Los investigadores identificaron un cambio positivo en la composición isotópica del vanadio en los sedimentos, lo que indica una expansión global de ambientes marinos con concentraciones de oxígeno superiores a 10 micromoles por litro. Este umbral solo se alcanza cuando existe una interacción sostenida con una atmósfera rica en oxígeno.

El ritmo de la oxigenación en los océanos

La combinación de datos de vanadio y talio permitió rastrear la transición de océanos dominados por condiciones anóxicas hacia la aparición de zonas oxigenadas en aguas poco profundas. “Los datos de isótopos de vanadio sugieren que, tras el aumento del oxígeno atmosférico, los océanos superficiales alcanzaron concentraciones de oxígeno disuelto superiores a 10 μM”, señaló el artículo de Nature Communications.

El estudio revela que la oxigenación de los océanos no fue inmediata ni uniforme. Tras el aumento del oxígeno atmosférico, las aguas superficiales de los mares empezaron a equilibrarse con la nueva atmósfera, fomentando la formación de ambientes oxigenados en plataformas continentales y zonas someras. Sin embargo, los fondos oceánicos profundos permanecieron anóxicos durante al menos 1.500 millones de años más.

Un umbral clave y cambios en los ciclos geoquímicos

El umbral de 10 μM de oxígeno disuelto marca el punto de establecimiento de un sumidero oxidado de vanadio a escala global. Según los autores, este proceso no requirió una transformación completa del ciclo global del carbono, sino que se explica por la expansión de ambientes oxigenados en la superficie marina, que generaron aproximadamente el 25% del enterramiento de vanadio en sedimentos oxidados, frente al 72% de los océanos actuales.

El análisis de los sedimentos sudafricanos muestra que, antes de este cambio, los océanos estaban dominados por condiciones anóxicas, con una fuerte extracción de vanadio por la materia orgánica en ambientes reductores. Solo tras el aumento sostenido del oxígeno atmosférico, las aguas superficiales lograron estabilizar el vanadato y favorecer su adsorción en óxidos de hierro y manganeso, aspecto visible en el registro isotópico.

La llegada persistente de oxígeno a los océanos superficiales tuvo consecuencias profundas para la evolución biológica. Según Nature Communications: “Este proceso sentó las bases para la innovación biológica y la aparición de vida multicelular compleja”. La oxigenación marina permitió el desarrollo de nuevas rutas metabólicas y la diversificación de organismos, abriendo el camino hacia formas de vida más complejas.

A pesar de la demora en la oxigenación de los océanos profundos, la presencia de oxígeno en las aguas superficiales fue suficiente para desencadenar cambios ecológicos y evolutivos significativos. La persistencia de ambientes anóxicos en las profundidades no impidió que la superficie oceánica se convirtiera en un entorno adecuado para la vida avanzada.

Técnicas avanzadas y reconstrucción

La investigación se basó en el análisis de muestras extraídas del núcleo de perforación EBA-2, ubicado cerca de Carltonville, en la provincia sudafricana de Gauteng. Las lutitas pertenecen a las formaciones Rooihoogte y Timeball Hill del Supergrupo Transvaal, depositadas en un entorno prodeltaico conectado con el océano abierto. El equipo utilizó técnicas avanzadas de geoquímica isotópica en laboratorios del Woods Hole Oceanographic Institution y otras instituciones colaboradoras, lo que garantizó la precisión y reproducibilidad de los resultados.

La toma de muestras abarcó profundidades entre 850 y 1.346 metros, lo que permitió reconstruir la evolución de las condiciones redox marinas a lo largo del GOE. Los análisis incluyeron la determinación de isótopos de vanadio y talio, junto a la caracterización de otros elementos sensibles al oxígeno, como el hierro, el molibdeno y el uranio.