En búsqueda del origen de la vida: el papel clave de los relámpagos volcánicos

El nitrógeno (N) es un elemento esencial para la vida. La mayor parte del N se encuentra atrapado en el dinitrógeno (N₂), una molécula atmosférica muy estable y abundante, por lo que este N₂ debe ser fraccionado para ser utilizado por los organismos vivos. Este proceso de conversión de N₂ en formas de nitrógeno asimilables se denomina fijación del nitrógeno.


Hoy en día, casi toda la fijación del N se realiza a través de procesos biológicos y antropogénicos. Sin embargo, en la Tierra primitiva, el N₂ necesariamente tuvo que ser fijado por procesos abióticos para permitir el desarrollo de la vida. Uno de los mecanismos de fijación considerados para la Tierra primitiva es el de los relámpagos generados en los penachos volcánicos durante grandes erupciones explosivas (ver foto 1). No obstante, a pesar de estudios teóricos y experimentos de laboratorio convincentes, el análisis de los archivos geológicos hasta ahora no había revelado ninguna indicación de una fijación sustancial por este mecanismo.

Un equipo de investigadoras e investigadores del CNRS Tierra & Universo ha llevado a cabo un estudio de depósitos volcánicos neógenos de Perú y Turquía formados por erupciones explosivas mayores (VEI>7, más potentes que las observadas en los últimos milenios). Los resultados han permitido descubrir nitratos en concentraciones significativas.

La composición multi-isotópica de estos nitratos (δ¹⁸O, Δ¹⁷O y δ¹⁵N) indica que provienen de la oxidación de óxidos de nitrógeno (NOx = NO, NO₂) por el ozono y, por lo tanto, necesariamente tienen un origen atmosférico. La emisión directa de compuestos nitrogenados por el vulcanismo siendo muy limitada, solo los relámpagos asociados a la erupción son capaces de producir grandes cantidades de NOx a partir del N₂ atmosférico. El NOx así producido es luego oxidado por el ozono atmosférico para formar nitrato, que se deposita y conserva en los depósitos plinianos e ignimbritas (ver foto 2).

El estudio de estos depósitos permite por primera vez una estimación cuantitativa, de manera directa, de la fijación de nitrógeno por las erupciones explosivas. De 10 a 100 Tg de nitrógeno pueden ser producidos y concentrados localmente en los depósitos volcánicos, lo que representa una fuente de nitrógeno asimilable importante para la vida cercana. En la Tierra primitiva, cuya atmósfera carecía de dioxígeno, el producto final de esta fijación de N probablemente no era nitrato sino formas más reducidas de nitrógeno (por ejemplo, NH₃), que igualmente constituían moléculas asimilables por los seres vivos.


Referencia:
A. Aroskay, E. Martin, S. Bekki, J.-L. Le Pennec, J. Savarino, A. Temel, N. Manrique, R. Aguilar, M. Rivera, H. Guillou, H. Balcone-Boissard, O. Phelip, S. Szopa (2024) Evidencia geológica de la extensa fijación de N por relámpagos volcánicos durante erupciones explosivas muy grandes. PNAS (121) https://doi.org/10.1073/pnas.2309131121