La prehistoria del cambio climático. Cuando el metano regulaba el clima

atmósfera primitiva metano

Siempre se ha hablado de que el cambio climático es algo relativamente moderno causado, en su mayoría, por las grandes emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, como el metano y el CO2, por el ser humano desde la revolución industrial. Sin embargo, ¿qué pensarías si te dijera que a lo largo de los miles de millones de años desde que la Tierra se formó han existido otros cambios climáticos?

La atmósfera terrestre no ha sido siempre igual a la actual. Ha pasado por muchos tipos de composiciones. ¿Cuál es la prehistoria del cambio climático?

Cuando el metano regulaba el clima

Hace unos 2.300 millones de años, unos extraños microorganismos insuflaron nueva vida en el entonces “joven” planeta Tierra. Se trata de las cianobacterias. Ellas llenaron el planeta de aire. Sin embargo, se cree que mucho antes de esta época, otro grupo de organismos unicelulares poblaban el planeta y lo podrían haber hecho habitable. Hablamos de los metanógenos.

Los metanógenos son organismos unicelulares que sólo pueden sobrevivir en condiciones en las que no existe el oxígeno y sintetizan metano durante su metabolismo como producto de desecho. Hoy día sólo podemos encontrar los metanógenos en lugares como en los intestinos de los rumiantes, el fondo de los sedimentos y otros lugares del planeta donde no existe el oxígeno.

metano

Molécula de metano

Como sabemos, el metano es un gas de efecto invernadero que retiene 23 veces más calor que el dióxido de carbono, por lo que existe la hipótesis de que durante los primeros dos mil millones de años del planeta Tierra, los metanógenos gobernaron. El metano que sintetizaban estos organismos causaba un efecto invernadero de enorme repercusión en el clima de todo el planeta.

Hoy en día, el metano sólo persiste en la atmósfera unos 10 años, debido a la presencia de oxígeno. Sin embargo, si la atmósfera terrestre careciera de moléculas de oxígeno, el metano podría persistir durante unos 10.000 años. Por aquel entonces, la luz del Sol no era tan fuerte como ahora, por lo que la cantidad de radiación que llegaba a la superficie terrestre y que, por tanto calentaba el planeta, era mucho menor. Es por eso, que para aumentar la temperatura del planeta y crear un ambiente habitable, era necesario el metano para atrapar el calor.

Efecto invernadero de una atmósfera primitiva

Cuando la Tierra se formó hace unos 4.600 millones de años, el Sol desprendía una luminosidad equivalente al 70% de lo que lo hace hoy día. Es por eso, que antes de la primera glaciación (hace unos 2.300 millones de años) la atmósfera dependía en su totalidad del efecto invernadero.

Los especialistas en cambio climático pensaban en el amoníaco como el gas de efecto invernadero que retenía calor en la atmósfera primitiva, ya que éste es un potente gas de invernadero. Sin embargo, en ausencia de oxígeno atmosférico, la radiación ultravioleta del Sol destruye rápidamente el amoníaco, por lo que el metano es el gas que predominaba por aquel entonces.

A la contribución del calor en la atmósfera y del efecto invernadero también le sumamos el CO2. Por aquel entonces, su concentración era mucho más baja, es por eso que no pudo ser el causante del efecto invernadero. El CO2 solamente era emitido a la atmósfera de manera natural, a través de los volcanes.

volcanes

Los volcanes desprendían CO2 e hidrógeno

El papel del metano y la niebla que enfrió el planeta

El papel del metano en la regulación del clima primitivo comenzó hace unos 3.500 millones de años, cuando los metanógenos sintetizaban como producto de desecho el gas metano en los océanos. Este gas atrapaba el calor del Sol en una amplia región del espectro electromagnético. Además permitía el paso de la radiación ultravioleta, por lo que entre estos factores sumado con el CO2 existente, mantenían el planeta con una temperatura habitable.

Los metanógenos sobrevivían mejor con temperaturas más altas. Al intensificarse las temperaturas también lo hacía el ciclo del agua y se potenciaba la erosión de las rocas. Este proceso de erosión de las rocas, extrae el CO2 de la atmósfera. Por lo que tanto la concentración de metano como la de CO2 en la atmósfera se llegaron a igualar.

oceanos primitivos

La química de la atmósfera hacía que las moléculas de metano se polimerizaran (formaran cadenas de moléculas de metano unidas entre sí) y formaran hidrocarburos complejos. Estos hidrocarburos se condensaron en partículas que, a gran altitud, formaron una niebla anaranjada.  Esta nube de polvo orgánico compensó el efecto invernadero ya que absorbía la luz visible de la radiación solar incidente y la emitía de nuevo hacia el espacio. De esta forma reducía la cantidad de calor que llegaba a la superficie del planeta y contribuyó al enfriamiento del clima y a frenar la producción de metano.

Metanógenos termófilos

Los metanógenos termófilos son los que sobreviven en rangos de temperatura bastante altos. Es por ello, que cuando se formó la niebla de hidrocarburos, al enfriarse y reducirse las temperaturas globales, los metanógenos termófilos no pudieron sobrevivir a tales condiciones. Con un clima más frío y una población de metanógenos termófilos en detrimento, las condiciones del planeta cambiaron.

La atmósfera sólo habría podido mantener tan altas las concentraciones de metano si éste se hubiera generado a velocidades equiparables a las actuales. Sin embargo, los metanógenos no generaban tanto metano como los seres humanos en nuestras actividades industriales.

metanogenos

Metanógenos termófilos

Los metanógenos se alimentan básicamente de hidrógeno y CO2, generando metano como producto de desecho. Algunos otros consumen acetato y diversos compuestos más procedentes de la degradación anaerobia de la materia orgánica. Es por eso que, hoy día, los metanógenos sólo medran en los estómagos de los rumiantes, el limo que subyace a los campos de arroz inundados y otros ambientes anóxicos. Pero como la atmósfera primitiva carecía de oxígeno, todo el hidrógeno emitido por los volcanes se almacenaba en los océanos y eran aprovechados por los metanógenos, pues no tenía oxígeno a su alcanza para formar agua.

Niebla de efecto “anti invernadero”

Debido a ese ciclo de realimentación positiva (mayor temperatura, más metanógenos, más metano, más calor, más temperatura…) el planeta se convirtió de un invernáculo tan tórrido, que sólo los microorganismos termófilos consiguieron adaptarse a ese nuevo ambiente. Sin embargo, como comenté antes, se formó una niebla a partir de hidrocarburos que alejaba la radiación ultravioleta incidente haciendo enfriar el clima. De esta forma, se frenó la producción de metano y se empezarían a estabilizar las temperaturas y la composición atmosférica.

niebla hidrocarburos

Si comparamos las nieblas con la de Titán, el mayor satélite de Saturno, vemos que también tiene el mismo color anaranjado característico correspondiente a la densa capa de partículas de hidrocarburos, que se forma cuando el metano reacciona con la luz solar. Sin embargo, esa capa de hidrocarburos hace que la superficie de Titán sea de -179 grados Celsius. Esta atmósfera es más fría de lo que lo ha estado el planeta Tierra en toda su historia.

Si la nube de hidrocarburos de la Tierra hubiera alcanzado la densidad que tiene la de Titán, hubiera desviado suficiente luz solar para contrarrestar el potente efecto invernadero del metano. La superficie entera del planeta se habría congelado, acabando así con todos los metanógenos. La diferencia que existe entre Titán y la Tierra, es que ésta luna de Saturno no dispone ni de CO2 ni de agua, por lo que el metano se evapora con facilidad.

Titán

Titán, el mayor satélite de Saturno

El fin de la era del metano

La niebla que se formó a partir del metano no duró para siempre. Han sucedido tres glaciaciones desde el Proterozoico y el metano puede dar explicaciones a por qué ocurrieron.

A la primera glaciación se le denomina glaciación huroniana y bajo las rocas más antiguas halladas bajo sus depósitos glaciares existen detritus de uraninita y pirita, dos minerales que indican un nivel de oxígeno atmosférico muy bajo. Sin embargo, encima de las capas glaciares, se observa una arenisca rojiza que contiene hematita, un mineral que se forma en ambientes ricos en oxígeno. Todo esto indica que la glaciación huroniana tuvo lugar precisamente cuando los niveles de oxígeno atmosférico empezaron a dispararse por primera vez.

En este nuevo ambiente cada vez más rico en oxígeno, los metanógenos y otros organismos anaeróbicos que antes dominaban el planeta, desparecieron poco a poco o se vieron vistos confinados cada vez a hábitats más restringidos. De hecho, la concentración de metano se hubiera mantenido igual o superior a la actual, si los niveles de oxígeno se hubieran mantenido más bajos.

glaciacion

Esto explica el por qué en la Tierra, durante el Proterozoico, no hubo glaciaciones durante casi 1.500 millones de años, pese a que el Sol era aún bastante débil. Se ha especulado la posibilidad de que una segunda subida del oxígeno atmosférico, o del sulfato que hay disuelto, hubiera desencadenado también los episodios de glaciación, al reducir el efecto protector del  metano.

Como podéis ver, la atmósfera terrestre no siempre ha sido como actualmente. Pasó por ser carente de oxígeno (molécula que necesitamos hoy día para poder vivir) y donde el metano regulaba el clima y dominaba el planeta. Además, tras las glaciaciones, la concentración de oxígeno ha ido aumentando hasta hacerse estable e igual a la actual, mientras que el metano se fue reduciendo a lugares más restringidos. Actualmente, la concentración de metano está aumentando por las emisiones de las actividades humanas y contribuye al efecto invernadero y el cambio climático actual.

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