Evolució ininterrompuda
2005/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
L'atmosfera actual és coneguda per alguns com la segona atmosfera. Amb aquesta expressió volen destacar que la composició actual de l'atmosfera és molt diferent a l'anterior.
En els començaments del Sistema Solar, els principals gasos eren l'heli i l'hidrogen. La terra s'estava formant i estava borda. Estava molt calent i la pell es feia i es desfeia, fosa. D'altra banda, no tenia gran massa i la força de gravetat feble no podia retenir els gasos en el seu entorn. El vent solar transportava gasos i fins que el vent es va calmar, la Terra no va poder envoltar-se d'una atmosfera.
Pel que sembla, durant milers de milions d'anys no va haver-hi ambient en el planeta Terra. Els meteorits queien contínuament del cel i en xocar contra la pell desprenien una calor enorme. També abundaven els volcans que alliberaven gasos amb sofre, altres gasos i vapor d'aigua. Els gasos més lleugers s'escapaven, però amb el temps, a mesura que augmentava la massa de la Terra, la força de la gravetat va augmentar i va aconseguir mantenir els gasos pesats.
Així va sorgir la primera atmosfera. Estava compost majoritàriament per vapor d'aigua i diòxid de carboni, i a penes hi havia oxigen. Estava carregat d'electricitat i es produïen temibles tempestes.
El Sol escalfava llavors menys que ara, però la Terra no estava gelada. De fet, l'atmosfera tenia molt més diòxid de carboni que ara, i gràcies a l'efecte d'hivernacle que provocava no es va congelar el planeta. A més, la temperatura temperada va provocar la condensació del vapor d'aigua. Així, va començar a ploure i van sorgir els oceans.
Els oceans van modificar la proporció de gasos de l'atmosfera. Van absorbir gran quantitat de diòxid de carboni i molts altres van passar a la superfície terrestre, a les roques. En conseqüència, la concentració de diòxid de carboni en l'atmosfera va disminuir, la qual cosa va provocar una disminució de la temperatura.
Sense oxigen
No obstant això, els investigadors no saben exactament quina era la composició de l'atmosfera de llavors. Són coses antigues, molt antigues, i les petjades que hi ha són febles i a vegades contradictòries. Però, sens dubte, la composició de l'atmosfera influeix decisivament en com va aparèixer la vida. La majoria dels científics creu que perquè la vida surti a partir de compostos inorgànics és imprescindible que primer hi hagi possibilitat de formar molècules orgàniques. Per a això, l'atmosfera ha de ser reductora, sense oxigen.
Avui dia no és possible. L'atmosfera actual està dominada pel nitrogen i l'oxigen, amb un 77% de nitrogen i un 21% d'oxigen. A causa de la quantitat d'oxigen lliure, aquesta atmosfera és oxidant i en aquest ambient no poden produir-se les reaccions químiques necessàries per a la formació de biomolècules.
En l'atmosfera de llavors no hi havia oxigen lliure. Es formava oxigen, com l'aigua dissociada o alliberada per volcans, però reaccionava ràpidament amb altres elements. Per exemple, desapareixia molt d'oxigen en reaccionar amb el ferro de les roques.
En un moment donat es van fer els primers passos per a revolucionar la situació. Els científics no saben com, però van sorgir els primers éssers vius. Ells, per descomptat, no necessitaven oxigen per a viure, perquè en cas contrari no naixien. No obstant això, alguns d'aquests éssers vius es deuen a l'acumulació d'oxigen en l'atmosfera. De fet, l'aparició i expansió dels organismes que realitzaven la fotosíntesi va trencar l'equilibri dels gasos en l'atmosfera fins llavors.
La revolució de la fotosíntesi
Els organismes revolucionaris són les cianobacterias. Van sorgir en les costes continentals, fa 3.500-2.700 milions d'anys. No van ser els primers éssers vius, ja que els primers bacteris van aparèixer un milió d'anys abans, però les cianobacterias eren molt especials: tenien i tenen clorofil·la i pigments fotosintètics, que ja existeixen i bacteris d'aquest tipus en mars temperades i tropicals.
El problema és que les cianobacterias tenien la capacitat de realitzar la fotosíntesi. És a dir, usant l'energia del Sol i a partir del diòxid de carboni i l'aigua, es produïen glúcids i oxigen. Al principi, aquest oxigen no s'alliberava a l'atmosfera ja que era utilitzat per a oxidar el carboni orgànic produït. Però una petita part de la matèria orgànica, en morir, anava al fons de l'oceà, on no utilitzava oxigen. Per tant, quedava una mica d'oxigen lliure. A poc a poc l'oceà es va saturar d'oxigen i després l'oxigen va començar a fluir a l'atmosfera. Això sí, durava poc en l'aire, ja que es va perdre el ferro de les roques. No obstant això, fa uns 2.500-2.300 milions d'anys la situació va canviar. L'oxigen era letal per a altres bacteris, però les cianobacterias agradaven, per la qual cosa es van propagar amb facilitat. Gràcies a ells, la concentració d'oxigen en l'atmosfera va anar augmentant a poc a poc, arribant a igualar-se a l'actual: 21%.
En aquesta situació van sorgir bacteris capaços d'adaptar-se a l'atmosfera amb oxigen. D'alguna manera, van inventar la respiració aeròbia. Els bacteris prenien oxigen i amb això oxidaven les molècules. Utilitzaven l'energia alliberada en la reacció per a satisfer les seves necessitats, i els residus eren diòxid de carboni i aigua.
La creació de bacteris aerobis va ser una obra mestra de l'evolució. D'una banda, es neutralitzava un gas letal per a la resta. D'altra banda, s'obtenia més energia que en les reaccions anaeròbies. Finalment, es podia aprofitar el residu (diòxid de carboni) per a realitzar la fotosíntesi. Una jugada única!
Mantenint l'equilibri
Segons aquesta teoria general, fa temps que l'atmosfera va aconseguir la seva concentració actual d'oxigen. No obstant això, no tots els científics creuen que va coincidir amb l'aparició de cianobacterias. Els sembla massa aviat, segons ells va ser fa 600 milions d'anys. I tenen una raó per a creure-ho: llavors van aparèixer els primers éssers cel·lulars complexos. Necessitaven més oxigen per a viure que els anteriors, per això no creuen que hi havia tant d'oxigen en l'atmosfera fins llavors.
Llavors o abans, la concentració d'oxigen va aconseguir el 21% i des de llavors no s'ha produït cap canvi en la composició de l'atmosfera. Segons explica el climatòleg Antón Uriarte en el seu llibre Història del clima de la Terra, això és pel fet que quan apareix un procés que trenca l'equilibri, ha ocorregut un altre que li ha portat al seu lloc.
Per exemple, si per l'augment de la fotosíntesi s'eleva el nivell d'oxigen en l'atmosfera, és possible que les roques s'oxidin més que abans, amb el que l'oxigen torna al seu nivell anterior. Una altra alternativa és la proliferació de microorganismes heteròtrofs. Aquests microorganismes s'alimenten i oxiden la matèria orgànica morta, la qual cosa provocaria una disminució de l'oxigen. D'altra banda, en una atmosfera rica en oxigen, el foc s'encendrà amb facilitat i els incendis es propaguen de manera espectacular. Llavors, com la combustió consumeix oxigen, l'oxigen tornaria a la concentració anterior.
Els processos contraris es produirien si en lloc d'augmentar la concentració d'oxigen es reduís. En certa manera existeixen mecanismes per a mantenir l'equilibri de les concentracions de gas en l'atmosfera.
A dalt i a baix
No obstant això, des de llavors s'han produït variacions en la composició de l'atmosfera, i no de cap índole. Per exemple, en la creació i al final de les glaciacions van participar molts agents. Entre elles, potser el canvi de l'atmosfera no sempre hauria estat determinant, però només un o més va contribuir a canviar la situació en un moment donat. Què va canviar la composició de l'atmosfera durant les glaciacions? No hi ha una única resposta, ja que hi ha moltes opcions per a explicar-ho: que els volcans o moviments de plaques tectòniques deixin anar gran quantitat de gasos a l'aire, que la vida fotosintètica s'intensifiqui espectacularment i que aquests disminueixin el diòxid de carboni, que un terrible meteor col·loqui la Terra... Això s'ha produït al llarg de la història del planeta i en certa manera, juntament amb altres agents, podien influir en l'origen o final de les glaciacions.
També hi ha hagut incidents fora dels temibles períodes de gel. Per exemple, la disminució de la concentració d'oxigen sembla tenir una gran influència en la major destrucció mai produïda. De fet, a la fi del Permiar i començaments del Triàsic es van perdre el 90% de les espècies marines i el 70% dels vertebrats terrestres. Hi ha diverses teories que expliquen per què va ocórrer això: que un gegant meteor va colpejar la Terra, que els volcans massius van entrar en erupció... Ara, en la recent revista científica Science, uns investigadors expliquen l'efecte de la pèrdua d'oxigen.
Sembla que fa 400 milions d'anys la concentració d'oxigen va augmentar fins a aconseguir el 30% fa 300 milions d'anys. Després es va reduir enormement i fa 240 milions d'anys només era del 12%.
Això significa que existia llavors suficient oxigen a nivell de la mar a 5.300 metres d'altura. La falta d'oxigen, per descomptat, va tenir una gran influència en els éssers vius. De fet, les espècies que utilitzen l'oxigen necessiten un mínim per a viure, per exemple, l'espècie humana no sobrepassa els 5.100 metres dels Andes.
En el centre del Permiar, quan la concentració d'oxigen era del 30%, sembla que els animals respiraven amb facilitat a qualsevol altura. Però a mesura que els nivells d'oxigen baixen, els investigadors creuen que els animals i plantes que abans eren capaces de viure a 6.000 metres van baixar a 300 metres.
Algunes espècies no van poder adaptar-se i van desaparèixer. Uns altres, malgrat la seva capacitat d'adaptació, van quedar aïllats dels hàbitats erosionats, la qual cosa els va portar a perdre'ls. Segons els articulistes, per tant, el nivell d'oxigen va afectar directament el major desastre de la història de la Terra.
Pregunta sense resposta
No obstant això, els científics no sols es preocupen del passat, clar. Els canvis que s'estan produint ara també s'estan analitzant de prop, sobretot perquè sospiten que poden influir en el futur. De fet, en l'últim segle estem emetent a l'aire una gran quantitat de diòxid de carboni, amb el que la concentració de gas ha augmentat en la troposfera, la capa atmosfèrica més pròxima a la superfície terrestre.
Al mateix temps, XX. En el segle XX la temperatura superficial ha augmentat aproximadament 0,6 °C, segons el grup internacional IPCC que analitza el canvi climàtic. Més encara, analitzant les dades indirectes de l'hemisferi nord, sembla XX. L'increment de la temperatura en el segle XX ha estat el més notable de l'últim mil·lenni.
Al marge de les temperatures, existeixen altres indicis d'escalfament de la Terra. Per exemple, les glaceres de muntanya han retrocedit en general i han calculat que la capa de neu ha disminuït un 10% des de la dècada de 1960. Així mateix, els oceans s'han escalfat des de 1950 i el nivell de la mar ha pujat entre 0,1 i 0,2 metres en XX. En el segle XX.
Per què s'han produït tots aquests canvis? Són conseqüència d'agents naturals o ha de veure l'activitat humana? Influirà en el futur? Aquestes són les principals preguntes i no sembla que hi hagi una resposta clara, almenys no existeix un consens absolut entre els investigadors.
Alguns creuen que els canvis dels últims anys estan dins del cicle natural o que no hi ha dades suficients per a treure conclusions. Per tant, no els sembla que hi hagi motiu de preocupació. No obstant això, els experts superiors de l'IPCC consideren que existeix una relació directa entre l'augment de la concentració de gasos d'efecte d'hivernacle i l'augment de la temperatura. Aquests gasos són, entre altres, diòxid de carboni, metà i òxid nitrós, que s'estan acumulant en l'atmosfera principalment per l'activitat humana. Tot apunta al canvi climàtic que està provocant.
Què portarà en el futur? Un sap, però, segons el físic de la UPV, Jon Saenz, que treballa amb els models climàtics, “sense saber com és el pendent i què hi ha al final, jo no tiraria una bola de neu en el vessant nevat”. Per a ell, les dades, les conclusions i les previsions proporcionades per l'IPCC són absolutament fiables, per la qual cosa “el millor és actuar amb prudència, per la qual cosa considero imprescindible prendre mesures per a no incrementar l'escalfament global”.
Cicle de l'oxigen
Els majors fluxos d'oxigen es refereixen a la fotosíntesi i a la respiració/descomposició. En erosionar les roques superficials, l'atmosfera guanya oxigen, però perd una quantitat similar a la de la matèria orgànica que s'enfonsa. És el cas, per exemple, de les plantes marines que van al fons dels oceans i dels ossos dels animals. Així mateix, la crema de combustibles fòssils produeix la pèrdua d'oxigen en l'atmosfera. Finalment, la fotólisis és la causa que l'atmosfera guanyi una petita quantitat d'oxigen. En aquest procés, els raigs solars trenquen les molècules de vapor d'aigua i, encara que l'oxigen queda en l'atmosfera, l'hidrogen es perd en l'espai.
