Los rayos desintegran el nitrógeno del aire y lo hacen reaccionar con el oxígeno y otros elementos.
Hace millones de años, gigantescas erupciones volcánicas en lo que hoy es Turquía y Perú depositaron cada una millones de toneladas métricas de nitrato en las tierras circundantes. Ese nutriente pudo proceder de rayos volcánicos, según informaron investigadores el 24 de abril en una reunión de la Unión Europea de Geociencias celebrada en Viena.
Según el vulcanólogo Erwan Martin, de la Universidad de la Sorbona (París), este descubrimiento refuerza la idea de que, en los albores de la historia de la Tierra, los volcanes podrían haber proporcionado algunos de los materiales que hicieron posible la aparición de la vida.
El nitrógeno es un ingrediente esencial de las moléculas biológicas, como las proteínas y el ADN. Constituye alrededor del 78% de la atmósfera. Pero las moléculas de nitrógeno del aire están formadas por dos átomos de nitrógeno fuertemente unidos. Sólo cuando estos átomos se separan pueden reaccionar con otros elementos y crear formas de nitrógeno útiles para la vida, como el nitrato (SN: 4/8/08).
Algunos microbios pueden separar las moléculas de nitrógeno y proporcionar «nitrógeno fijo» a plantas y hongos. Los químicos humanos también pueden hacerlo, creando fertilizantes. Pero antes de que se iniciara la vida, tuvo que intervenir algún proceso no biológico.
El rayo es el candidato obvio, dice Martin. Estas descargas eléctricas extremadamente energéticas pueden romper los átomos de nitrógeno, que se combinan con el oxígeno para formar óxidos de nitrógeno y, finalmente, nitrato.
Los relámpagos de las tormentas, provocados por partículas de hielo que chocan y se cargan, separan moléculas de nitrógeno todos los días, pero a baja velocidad y repartidos en grandes áreas. Los penachos volcánicos, en los que las partículas de polvo son las que colisionan y se cargan, pueden producir rayos localizados con intensidades asombrosas. Durante un día de la erupción de 2022 del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en Indonesia, por ejemplo, se produjeron unas 400.000 descargas (SN: 13/12/22).
Incluso esa gran cantidad de rayos crea una cantidad relativamente pequeña de nitrato. Pero erupciones raras y enormes, del tipo de las que sólo ocurren cada 100.000 años aproximadamente, podrían crear una cantidad mucho mayor. Según Martin, la idea de que estos fenómenos puedan producir y depositar una gran cantidad de nitrato no es nueva, pero hasta ahora nadie había analizado el contenido de nitrógeno de los depósitos volcánicos procedentes de estas erupciones.
Su grupo tomó muestras de afloramientos en Turquía y Perú relacionados con 10 erupciones explosivas ocurridas hace entre 20 millones y 1 millón de años. El clima relativamente seco de estos lugares contribuye a garantizar que el nitrato formado hace mucho tiempo, que es soluble en agua, no se haya lixiviado por completo.
El nitrato hallado contiene átomos de oxígeno de diferentes masas, en una proporción similar a la de los tres átomos de oxígeno que componen cada molécula de ozono del aire. Esto demuestra que los nitratos se formaron en la atmósfera y no por algún proceso en el suelo, afirma el equipo.
Basándose en su muestreo, los investigadores estiman que cada erupción depositó de media unos 60 millones de toneladas de nitrato.
La vida puede haber comenzado hace unos 3.700 millones de años, mucho antes de las erupciones que Martin y sus colegas estudiaron (SN: 3/1/17). Pero los primeros años de la Tierra estuvieron llenos de un vulcanismo tan extremo. Algunos investigadores creen que los rayos sobre las islas volcánicas, en particular, desempeñaron un papel en la aparición de la vida, antes incluso de que los continentes estuvieran completamente formados. En la Tierra joven, afirma Martin, podrían haberse producido cantidades de nitrato similares a las estimadas en el nuevo estudio en tales islas, sumergidas hace mucho tiempo.
El concepto del estudio es interesante, afirma el químico marino Jeffrey Bada, del Instituto Scripps de Oceanografía de La Jolla (California). Pero cree que los investigadores deberían haber tenido en cuenta la diferente composición de la atmósfera en la época en que surgió la vida.
«En el mundo actual, los rayos en las islas volcánicas producen grandes cantidades de óxidos de nitrógeno», explica Bada. «Pero en la Tierra primitiva, cuando la atmósfera tenía poco oxígeno, el producto habría sido probablemente amoníaco». Al igual que el nitrato, el amoníaco es una forma de nitrógeno biológicamente utilizable.
Pero, dice Martin, en una pluma volcánica hay mucha agua y otros compuestos de oxígeno procedentes del magma, que podrían haber suministrado parte de ese oxígeno. Y en aquellos primeros tiempos, dice, «tal vez no era nitrato sino amoníaco – sigue siendo nitrógeno disponible para la vida. Son cosas que aún hay que estudiar».
