Ditribución fotosíntesis

La atmósfera terrestre está compuesta aproximadamente por un 78% de nitrógeno y un 21% de oxígeno junto a cantidades menores de otros gases, principalmente dióxido de carbono y argón. El oxígeno es esencial para toda la vida animal y para otros muchos organismos que utilizan el oxígeno en su metabolismo. Además de este uso por las formas de vida aerobias, el oxígeno también reacciona con muchos minerales de la tierra y otros elementos. A través de estos procesos el oxígeno es retirado de la atmósfera y va siendo repuesto mediante diversas vías, principalmente la fotosíntesis de plantas, algas y algunas bacterias.

La fotosíntesis, principal fuente de oxígeno

Se estima que aproximadamente el 98% del oxígeno que hay en la atmósfera proviene de la fotosíntesis, en concreto de la fotosíntesis oxigénica, un proceso que realizan los llamados organismos fotoautótrofos oxigénicos (para diferenciarlos de otros organismos que realizan fotosíntesis anoxigénica y de otros autótrofos que realizan quimiosíntesis). Actualmente los organismos fotoautótrofos oxigénicos conocidos son las plantas, algas (llamadas también plantas inferiores) y las cianobacterias (como la espirulina). Estos organismos toman agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) del medio y con estas moléculas forman compuestos orgánicos utilizando la energía que obtienen de la luz solar para la reacción. En la fotosíntesis, además de las moléculas orgánicas, se forma oxígeno molecular (O2) que es desprendido al medio (aire y agua).

Este proceso lleva realizándose en el planeta tierra desde hace miles de años, oxigenando la atmósfera y permitiendo la vida de otros seres vivos que necesitan el oxígeno, como el ser humanp, el resto de animales del planeta y otras formas de vida. En el año 2009 científicos estadounidenses publicaron en la revista Nature Geoscience el descubrimiento de muestras de un mineral de hierro (hematita) en una región del noroeste de Australia (Cratón de Pilbara) con una edad aproximada de 3.460 millones de años. Según estos investigadores, la presencia de este mineral evidencia la posible existencia desde entonces de organismos fotosinetizadores oxigénicos, pues necesita un medio acuoso rico en oxígeno para formarse.

La principal contribución al oxígeno de la atmósfera proviene de las cianobacterias y algas del fitoplancton oceánico y de los árboles y otras plantas terrestres. La proporción de oxígeno atmosférico que proviene del océano y la que proviene del medio terrestre está bajo debate. Algunos científicos creen que la contribución de cada medio es aproximadamente el 50%, mientras que otros señalan que el océano aportaría 1/3 y las plantas terrestres 2/3. Lo que está claro es que estos números pueden variar de una zona a otra del planeta en función del balance entre las diferentes formas de vida existentes.

El incremento de los niveles de oxígeno

Se cree que las cianobacterias fueron los primeros organismos que realizaban fotosíntesis oxigénica. Al comienzo, cuándo aún eran pocos estos organismos, el oxígeno producido sería consumido rápidamente en reacciones oxidativas con sustancias del medio, principalmente el hierro del suelo, rocas y océanos formando compuestos oxidados de hierro y diversos minerales. Los geólogos pueden estimar la cantidad de oxígeno presente en la atmósfera de tiempos remotos estudiando los tipos de compuestos de hierro presentes en las rocas. En ausencia de oxígeno el hierro tiende a combinarse con azufre para formar sulfuros, como la pirita. Cuándo hay oxígeno presente estos compuestos se degradan y el hierro se combina con el oxígeno formando óxidos. Por tanto, las piritas de rocas antiguas indican bajo nivel de oxígeno mientras que la presencia de óxidos de hierro indica la presencia de cantidades significativas de oxígeno.

A medida que las cantidades de hierro disponibles para combinarse con el oxígeno fueron agotándose, el oxígeno gaseoso fue acumulándose en la atmósfera. Se piensa que hace 2.300 millones de años el oxígeno representaba tan sólo el 1% del aire. La acumulación de oxígeno en la atmósfera continuaría durante millones de años hasta alcanzarse un cierto equilibrio entre la formación y el consumo por nuevas formas de vida, los seres vivos heterótrofos, como el ser humano, que consume materia orgánica y la oxida mediante el proceso conocido como respiración aerobia para obtener energía. En este proceso el carbono orgánico, que en última instancia proviene del formado en la fotosíntesis, es oxidado y se desprende dióxido de carbono, una forma de carbono inorgánico que es devuelto a la atmósfera para que vuelva a ser utilizado por los organismos fotosintetizadores.

Parece que debido a este consumo de oxígeno por otras formas de vida la fotosíntesis por sí sola no podría haber sido ser suficiente para el incremento inicial del oxígeno. Una explicación es que grandes cantidades de carbono orgánico quedaba enterrado y no estaba disponible para los organismos aeróbicos, lo que podría poner el balance a favor de la producción de oxígeno frente a su consumo.

En algún momento posterior en la historia del planeta Tierra los niveles de oxígeno parece que se elevaron rápidamente hasta las concentraciones actuales. Algunos científicos creen que esto pudo tener lugar hace 600 millones de años ya que es cuándo se estima que aparecieron muchos seres vivos multicelulares complejos que requerirían niveles de oxígeno superiores para su supervivencia. Sin embargo, no se sabe muy bien que es lo que provocaría este cambio.

Una de las teorías relaciona esta rápida subida con la salida de un período de glaciación, etapa en la que los glaciares, en su avance y retroceso, romperían rocas ricas en minerales con fósforo que acabaría en los océanos. El fósforo es uno de los principales nutrientes del fitoplancton, con lo que se cree que podría haber tenido lugar un gran y rápido aumento de la población de organismos fotosintéticos mientras que en la superficie terrestre habría relativamente poca vida consumidora de oxígeno al estar cubierta de hielo. Esta teoría es aún discutida y no es aún ampliamente aceptada.

Disminución del oxígeno atmosférico

Existen diversos estudios que muestran una caída continuada en los niveles de oxígeno oceánico y medidas del oxígeno atmosférico muestran un descenso global del 0,0317% entre el año 1990 y 2008. Esta caída es atribuida principalmente a la intensa combustión de hidrocarburos como el petróleo y combustibles fósiles como el carbón. Esta combustión utiliza oxígeno y emite CO2 entre ostras sustancias, lo que promueve el descenso de la concentración de O2 en la atmósfera. El descenso medido, no obstante, parece ser menor al que cabría esperar de la gran cantidad de estos combustibles consumidos durante estos años. Una posibilidad es que el incremento de dióxido de carbono, posiblemente combinado con el uso de fertilizantes agrícolas, haya contribuido a un crecimiento más rápido de algunas plantas cuya fotosíntesis haya compensado parcialmente el consumo de oxígeno. Se cree que, aunque todas las reservas de combustibles fósiles del planeta se quemaran, no habría un gran impacto en la concentración de oxígeno en la atmósfera.

La deforestación es otra de las grandes preocupaciones. Aunque la destrucción de grandes áreas de bosques húmedos tiene efectos muy perjudiciales para el medio ambiente, no se puede decir lo mismo del efecto sobre la concentración de oxígeno en la atmósfera. Algunas de las explicaciones de este bajo impacto puede estar en que los bosques, además de árboles y plantas fotosintéticas, también albergan una gran cantidad de vida aeróbica que consume oxígeno por lo que su contribución global al oxígeno atmosférico estaría cerca de ser neutra. Pero que quede claro que la deforestación es un problema medioambiental serio, aunque no por los niveles de oxígeno, sino por otros muchos motivos, como la desertización o pérdida de biodiversidad.

Un problema de magnitud mucho mayor, en lo que al oxígeno se refiere, parece ser el impacto de la actividad humana sobre el fitoplancton, el cual, según algunas fuentes como la enlazada anteriormente, sería actualmente el principal productor de oxígeno atmosférico a nivel global. El aumento de CO2 en la atmósfera no sólo contribuiría a subir la temperatura media de los océanos, sino también a su acidificación, lo que afectaría negativamente al desarrollo del fitoplancton. De todas formas, esta teoría no está clara pues algunos organismos del fitoplancton podrían disminuir en número mientras que otros se verían afectados positivamente.

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  • Actualizado el 17 diciembre, 2013