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La coevolución de los minerales y la biosfera
Alberto González Fairén
Los minerales de la superficie de la Tierra han coevolucionado con los seres vivos. De hecho, hasta dos tercios de los 4.300 tipos de minerales conocidos pueden ser relacionados con la actividad biológica, lo que demuestra la importante conexión entre la biosfera y la geología de la Tierra. Pero la evolución de los seres vivos está a su vez condicionada por la mineralogía.
l grupo de Robert Hazen, de la Carnegie Institution, ha revisado los procesos físicos, químicos y biológicos que han transformado una docena de minerales primordiales presentes en el polvo interestelar en los miles de especies minerales que existen sobre la superficie de la Tierra. Cada especie mineral se define por su fórmula química y su estructura cristalina. La variedad y la abundancia relativa de las especies minerales ha cambiado de forma dramática durante los 4.500 millones de años de historia de la Tierra. En el polvo primordial que originó el Sistema Solar se formaron tan sólo una docena de minerales (figura 1). Únicamente al formarse el Sol y los planetas se alcanzaron las temperaturas y presiones extremas requeridas para la síntesis del resto de especies minerales. De hecho, en los asteroides se pueden encontrar tan sólo unos 60 tipos diferentes de minerales, mientras que en la superficie de Marte o Venus el estudio de Hazen prevé la presencia de, al menos, 500. Procesos geológicos y geoquímicos complejos, incluyendo grandes cantidades de agua líquida, actividad volcánica, tectónica de placas y la interacción asociada entre rocas y fluidos a gran escala, cristalización fraccionada y metamorfismo parecen ser los requisitos para la síntesis de varios cientos de minerales diferentes sobre la superficie de un planeta (figura 2). Estos procesos formaron los primeros continentes, depósitos hidrotermales, terrenos metamórficos, evaporitas y zonas de erosión superficial, generando hasta 1.500 especies minerales diferentes.
Protoplaneta en formación
Figura 1: Protoplaneta en formación.
(NASA/JPL-Caltech/T. Pyle, SSC) Click para ampliar...!
Los océanos de la Tierra primitiva
Figura 2: Los océanos de la Tierra primitiva.
(D. A. Aguilar) Click para ampliar...!
Sin embargo, el factor fundamental que parece impulsar la evolución mineral es la actividad biológica y su capacidad de generar y mantener condiciones fuera del equilibrio. Hasta dos tercios de la diversidad mineral de la Tierra pueden deber su origen a la mediación de los seres vivos. Fundamentalmente por la aparición del oxígeno en la atmósfera, originada por las cianobacterias, ya que muchos minerales importantes son productos derivados de la erosión oxidativa. Igualmente, microorganismos y plantas son capaces de acelerar la producción de arcillas. Y en los océanos, la evolución de microorganismos con conchas y esqueletos mineralizados ha formado gruesos depósitos estratificados de minerales como la calcita, que deben ser raros en mundos sin vida. Los resultados de Hazen implican que, durante al menos 2.500 millones de años, la mineralogía de la Tierra ha evolucionado de forma paralela a la biosfera. Por lo tanto, la observación remota de otros planetas para identificar la composición mineralógica de sus superficies puede aportar pistas sobre la existencia de otras biosferas.

Pero la influencia inversa de los minerales sobre la biosfera ha sido igualmente determinante. Las arcillas se originan en suelos biológicamente activos, con la mencionada mediación de plantas y microorganismos. Un estudio dirigido por Martin Kennedy, de la Universidad de California en Riverside, demostró en marzo de 2006 que el aumento de la concentración de oxígeno en la atmósfera durante el Precámbrico final, hace entre 1.100 y 540 millones de años, tuvo su origen en un incremento en la tasa de formación de arcillas, especialmente significativo hace entre 730 y 500 millones de años. Y fue la oxigenación de la atmósfera lo que desencadenó la expansión de la vida animal sobre la Tierra durante el Cámbrico (figura 3).
Distribución continental en el Cámbrico
Figura 3: Distribución continental en el Cámbrico.
(A. U. Cantolla) Click para ampliar...!
Las arcillas se forman en los suelos mediante la interacción de los seres vivos con los productos de meteorización de las rocas, y después son erosionadas y arrastradas hasta los océanos, donde se depositan en forma de sedimentos. Al ser químicamente reactivas, las arcillas atraen y absorben materia orgánica del agua del océano, y la preservan durante tiempo prolongado. El grupo de Kennedy estudió secciones de rocas sedimentarias antiguas en Australia, China y Escandinavia, datadas en el Precámbrico final, para determinar el momento en el que la concentración de arcillas en los sedimentos pasó de ser prácticamente nula a los niveles modernos. Actualmente las arcillas forman la mayor parte de los sedimentos (figura 4), por lo que el contraste que encontraron en los sedimentos anteriores y posteriores al periodo 730-500 millones de años fue enorme.
Columna de sedimentos de arcillas
Figura 4: Columna de sedimentos de arcillas en el lago Superior. (A. Dickas) Click para ampliar...!
Estos resultados les sirvieron para determinar que la colonización de los continentes de la Tierra primigenia por ecosistemas primitivos, probablemente con la participación de hongos, líquenes y musgos, aceleró la formación de arcillas, como sucede en los suelos modernos. Al ser lavadas hacia los océanos, las arcillas preservaron grandes cantidades de materia orgánica en los fondos oceánicos, mucha más que con anterioridad a la colonización continental por parte de los seres vivos. Este proceso global de secuestro del carbono terrestre acompañó a la liberación de ingentes cantidades de oxígeno a la atmósfera mediante la incipiente fotosíntesis (más información click aquí). La Tierra experimentó en ese momento el cambio más notable de su historia geológica reciente.
 
 
San Francisco (California), EEUU, 05 de Diciembre de 2008.
 
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