miércoles, 19 de agosto de 2009

Una solución a la paradoja del Sol débil.


Cuando el planeta Tierra estaba terminando de enfriarse después de su formación, el Sol era joven y débil. Tan débil que no emitía energía suficiente como para evitar que los recién formados océanos terrestres se congelasen. Pero el hecho es que no se congelaron. Esto es lo que se conoce como la paradoja del sol débil, paradoja que no ha tenido hasta ahora una solución satisfactoria. Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Japón) y de la Universidad de Copenhague, dirigidos por Matthew S. Johnson (de esta última), presentan en los Proceedings of the National Academy of Sciences [1] una solución a la paradoja basada en el efecto invernadero provocado por un gas volcánico, el sulfuro de carbonilo. Este gas también pudo intervenir en el origen de la vida.

El sulfuro de carbono (fórmula química COS) es el principal compuesto de azufre que está presente de forma natural en la atmósfera ya que es emitido por los volcanes y las fuentes hidrotermales y, por lo tanto, está integrado en el ciclo del azufre en la Tierra. Su papel en el origen químico de la vida lo puso de manifiesto uno de los últimos artículos de nuestro admirado Leslie Orgel [2], en el que mostraba que el sulfuro de carbonilo actúa como catalizador en la formación de péptidos a partir de aminoácidos en medio acuoso en condiciones ambientales suaves.

El equipo de Johnson buscaba una respuesta a la paradoja del Sol débil analizando los porcentajes de isótopos de azufre en rocas antiguas y encontraron una anomalía, una mezcla de isótopos que no podía haberse producido por procesos puramente geológicos. Debía, pues, haber intervenido la atmósfera.

La radiación ultravioleta puede descomponer los compuestos de azufre. Distintas longitudes de onda de dicha radiación favorecen la descomposición de los compuestos de un determinado isótopo frente a los demás. Los experimentadores irradiaron óxidos de varios isótopos de azufre con distintas longitudes de onda ultravioleta hasta que encontraron una frecuencia con la que se obtenía la proporción presente en los sulfatos de las rocas analizadas. Posteriormente comprobaron qué composición atmosférica podía justificar dicha longitud de onda. Encontraron que esta longitud de onda es la que se obtenía si la luz del Sol debía atravesar una capa de COS.

Pero si existía una capa de COS, como hoy existe una de ozono que también nos protege de la radiación ultravioleta, debemos esperar otro efecto aparte de su influencia en la composición de las rocas, y es que el COS es un gas con un potentísimo efecto invernadero, mayor que el del dióxido de carbono. El sol durante el Eón Arcaico emitía una cantidad de energía un 30% menor que la que emite hoy día. Cálculos con un modelo computacional dicen que una atmósfera con una capa de COS es capaz de compensar ese 30%. Esto daría una explicación a la paradoja del Sol débil y las condiciones para que surja la vida.

¿Dónde está ahora esa capa de COS? Como dice el refrán español, cría cuervos y te sacarán los ojos. Con la aparición de la vida aumentó la cantidad de oxígeno atmosférico. Hasta ese momento la atmósfera era reductora, su cambio a unas condiciones más oxidantes provocó que una parte significativa del azufre procedente de los volcanes se convirtiese en aerosol de sulfato, con lo que el efecto neto fue una reducción de los niveles de COS en la atmósfera y la desaparición de la capa.

Por otra parte, el aerosol de sulfato tiene el efecto contrario al invernadero, refleja la radiación incidente, con lo que enfría el planeta. Un modelo de ordenador, apoyado en experimentos de laboratorio, para estas condiciones cambiantes arrojó como resultado que la disminución del COS y el aumento de la cantidad de aerosol de sulfato tuvo como consecuencia que la Tierra entrase en la edad de hielo que se supone que tuvo lugar al final del Eón Arcaico, hace 2.500 millones de años.

Es decir, que un cambio en la composición de los gases de la Tierra provocó un cambio climático. ¿Te suena?

Referencias:

[1]

Ueno, Y., Johnson, M., Danielache, S., Eskebjerg, C., Pandey, A., & Yoshida, N. (2009). Geological sulfur isotopes indicate elevated OCS in the Archean atmosphere, solving faint young sun paradox Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0903518106

[2]

Leman, L., Orgel,L., & Ghadiri, M.R. (2004). Carbonyl Sulfide-Mediated Prebiotic Formation of Peptides Science, 306 (5694), 283-286 DOI: 10.1126/science.1102722