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Los rayos volcánicos pueden haber reestructurado el nitrógeno necesario para la vida

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Volcanes Tierra Rayos Volcánicos Relámpagos Geología
Ciencias planetarias, astronomía, horticultura urbana agroecológica, poesía, filosofía, fotografía, varios.
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Los volcanes en las primeras etapas de la Tierra habrían generado relámpagos que transformaron el nitrógeno atmosférico, y crearon moléculas que habrían sido necesarias para que surgiera la vida.

Erupción del volcán islandés Eyjafjallajökull en 2010
Rayos o tormenta volcánica, en abril de 2010, en el volcán islandés Eyjafjallajökull. Crédito de la imagen: Terje Sørgjerd

En la actualidad los científicos creen que los volcanes aportaron los gases que formaron la atmósfera de nuestro planeta. También podrían haber provocado relámpagos que fijaron el nitrógeno, liberándolo para formar moléculas que contienen nitrógeno que es de utilidad para los seres vivos. Es más, ahora han encontraron pruebas en el registro geológico.

En la Tierra, el nitrógeno se presenta principalmente en forma de dos átomos unidos, o N2. “Están vinculados muy fuertemente”, explicó Erwan Martin, geoquímico y vulcanólogo de la Universidad de la Sorbona en París. Ahora, algunos organismos pueden romper esa ligazón y fijar el nitrógeno. La fijación de nitrógeno era necesaria para formar los componentes básicos de la vida misma: moléculas como los aminoácidos de las proteínas. La ruptura del enlace N2 de forma abiótica (sin vida) a menudo requiere un proceso que demanda una energía elevada… como un rayo volcánico.

“Nunca se encontró ningún archivo geológico y natural de este tipo de proceso. Pudimos tocarlo por primera vez”.

Los volcanes producen relámpagos cuando las cenizas y otras partículas de sus columnas se frotan entre sí, formando cargas eléctricas de una manera similar a la colisión de partículas de hielo en las nubes. Los experimentos de laboratorio sugieren que los rayos volcánicos podrían fijar nitrógeno. “Pero nunca nadie encontró archivo geológico y natural alguno de este tipo de proceso. Ahora pudimos tocarlo por primera vez”, dijo Martin.

Rayos durante la erupción de un volcán
Rayos durante la erupción de un volcán. Photo by Muhamed Šulović on Pixabay)

El equipo de Martin se topó con la fijación de nitrógeno mientras buscaba depósitos volcánicos de sulfato para estudiar su formación y su papel en los procesos climáticos, como el enfriamiento de la atmósfera. Debido a que los sulfatos son muy solubles, el equipo exploró ambientes desérticos, donde era poco probable que los sulfatos hubieran sido arrastrados. Eso llevó al equipo al centro de Turquía y al sur de Perú. En las muestras de nueve erupciones halladas en estos sitios, los investigadores fueron sorprendidos por los niveles de nitrato, una forma fija de nitrógeno que está unida a tres átomos de oxígeno.

<strong>Rayos durante la erupción del volcán Sakura-jima</strong>
Rayos durante la erupción del volcán Sakura-jima. Photo by Marc Szeglat on Unsplash)

El oxígeno en los nitratos mostró una firma isotópica que revela que provenía del ozono en la atmósfera y no había sido fijado por organismos. Basándose en la concentración de nitrato presente en las muestras, el equipo descubrió que en una erupción muy explosiva pueden ser fijados unos 60 teragramos (aproximadamente la masa de 10 pirámides de Giza) de nitrógeno.

Según reportaron los investigadores, esas concentraciones locales tan altas de nitrógeno muestran que los volcanes podrían haber ayudado a la formación de moléculas esenciales para la vida.

Los orígenes de la vida fueron explosivos
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Cuanto mayor es la erupción, lo es también el potencial de crear cargas eléctricas y rayos, dijo Corrado Cimarelli, vulcanólogo de la Universidad Ludwig Maximilians de Munich en Alemania, que no formó parte del estudio. La erupción masiva de Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai en enero de 2022, por ejemplo, produjo rayos sin precedentes: unos 400.000 rayos en un período de seis horas.

<strong>Foto del Servicio Geológico de los Estados Unidos de la erupción (con rayos) del volcán indonesio Galungung en 1982</strong>
Foto del Servicio Geológico de los Estados Unidos de la erupción (con rayos) del volcán indonesio Galungung en 1982. Crédito de la imagen: R. Hadian, U.S. Geological Survey

Este estratovolcán con cúpula de lava se encuentra en el oeste de Java. Su primera erupción en 1822 produjo un flujo de lodo de 22 kilómetros de largo que mató a 4.000 personas. La segunda erupción en 1894 provocó grandes pérdidas de propiedades. La diapositiva muestra una vista espectacular de los rayos durante una tercera erupción el 3 de diciembre de 1982, que provocó 68 muertes. En 1984 se produjo una cuarta erupción.

Cimarelli consideró que el trabajo de los investigadores es “realmente prometedor”. Pueden detectar otras erupciones que hayan fijado nitrógeno, especialmente en lugares donde los depósitos están bien conservados o son recientes. ¿Por qué Cimarelli? Porque científicos como él recrean en el laboratorio los procesos químicos que se producen durante la caída de un rayo.

Erupción del volcán Sakurajima, con la presencia de rayos volcánicos o tormenta volcánica. Crédito Marc -Volcano- Szeglat

Las edades de las muestras del nuevo estudio oscilan entre 2 millones y 50.000 años, mucho más recientes que el momento en que surgió la vida más de 3.000 millones de años atrás. En ese momento, la atmósfera de la Tierra habría sido pobre en oxígeno. Pero los rayos volcánicos podrían haber fijado nitrógeno, probablemente formando compuestos como el amoníaco que se utilizan para generar moléculas biológicas, dijo Martin.

Es posible que los relámpagos volcánicos fueran comunes en los albores de la Tierra, según Cimarelli, “probablemente incluso antes que los relámpagos de las tormentas, porque no teníamos la circulación atmosférica como la conocemos hoy”.

<strong>Erupción del volcán Rinjani, con rayos volcánicos, captada por Oliver Spalt en 1.994</strong>
Erupción del volcán Rinjani, con rayos volcánicos, captada por Oliver Spalt en 1.994. **Photo by Oliver Spalt on Artweise**

Cimarelli advierte que los antiguos volcanes de la Tierra pueden haber sido mucho menos explosivos que los analizados. Los volcanes que tienen magma con mayor contenido de sílice tienden a ser más explosivos porque el magma espeso y viscoso atrapa más gas. Y recuerda que los volcanes basálticos con magmas más delgados dominaron el paisaje de la Tierra primitiva. Es probable que estos volcanes carecieran de gas para impulsar grandes explosiones y generar muchos rayos. Se podrían abrir puertas a más investigaciones sobre los límites de las condiciones en las que los volcanes producen rayos.

La fijación de nitrógeno no es la única forma en que los rayos volcánicos pueden haber ayudado a estimular la vida. Pueden provocar muchos procesos químicos, dijo Cimarelli. Por ejemplo, el impacto de un rayo volcánico sobre ciertos tipos de rocas puede ayudar a convertir el fósforo que contienen en formas que la vida pueda utilizar.

<strong>Relámpago volcánico visto desde Hilo Beach por Charles Furneaux, óleo sobre lienzo</strong>
Relámpago volcánico visto desde Hilo Beach por Charles Furneaux (1835–1913), óleo sobre lienzo, Bishop Museum

Para los investigadores que tratan de dilucidar cómo pudo haber surgido la vida a partir de rocas y rayos volcánicos, el desafío es descubrir cómo los químicos necesarios podrían haberse concentrado lo suficiente para impulsar, potencialmente, la vida en el planeta. Lo interesante es que, con el trabajo de laboratorio y de campo, “básicamente, todas estas cosas se están uniendo” para resolver el fabuloso y profundo rompecabezas de la vida, resaltó Cimarelli.

Este artículo es una traducción ad-hoc de Volcanic Lightning May Have Retooled the Nitrogen Needed for Life escrito por Carolyn Wilke Many thanks Carolyn!


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