El misterio del oxígeno terrestre

No hay nada más misterioso para los científicos que los isótopos de oxígeno en el sistema solar. Por un lado tenemos el oxígeno solar, pero también hay un misterio en el oxígeno terrestre. El elemento más abundante sobre Tierra, existe en forma de tres isótopos. El oxígeno 16 (O16) constituye el 99,762% del oxígeno terrestre. El oxígeno 17, más pesado ya que implica 8 protones y 9 neutrones, representa un 0,038%, mientras que el 018 contribuya con el 0,2%. ¡En total, la masa del oxígeno casi representa la mitad de la de la Tierra! Está químicamente vinculado generalmente y se encuentra en forma de silicatos en muchas rocas terrestres como los granitos o las peridotitas.

Ahora bien, cuando se compara la abundancia de estos isótopos en las rocas de nuestro planeta con las de los meteoritos como Allende, la famosa condrita carbonosa, hace que los científicos no se pongan de acuerdo. Y es que las divergencias sorprenden porque nuestro planeta está formado por meteoritos. Es el mismo material. O al menos eso dice la teoría.

Este rompecabezas ocupa las mentes de los cosmo-químicos desde hace muchos años, se han propuesto varias teorías para explicarlo, entre ellas una que habla de que la causa de oxígenos “diferentes” se debe al flujo de fotones UV (ultravioletas) continuos que llegan al interior de la nebulosa protosolar.

Se observa este efecto en las nubes moleculares interestelares. Los distintos isótopos de oxigeno se encuentran atrapados en moléculas de monóxido de carbono (CO) y, debido a sus diferencias de masas, es necesario fotones ultravioletas que poseen ligeras diferencias de longitudes de onda para romper estas moléculas, el CO con O16 mayoritariamente.

El proceso funciona de la siguiente manera. En la superficie de una de estas nubes las primeras moléculas de CO16 absorben una gran parte de los fotones y protegen así aquéllas situadas en el interior de la nube. Pero las moléculas CO9 y CO10, más raros y más difusos, son protegidas menos por este proceso y se disocian aún más. Al final, los átomos de oxígenos libres se recombinan con otras moléculas para formar dióxido de carbono (CO2) con isótopos pesados, que serán incorporado en el polvo que dará, por aglutinación, a los meteoritos en el origen de los planetas.

Algunas de las reacciones producidas en las nubes moleculares por los fotones UV producidos por estrellas jóvenes. Imagen: Berkeley LAB.

En el caso del sistema solar, este efecto habría tenido lugar cerca de Sol y eso explica que sobre la Tierra los informes isotópicos del oxigeno sean diferentes de los de los otros cuerpos formados más lejos del Sol. ¿Pero esta teoría era exacta? Para saberlo, Mark Thiemens, un cosmoquímico, miembro importante del equipo de análisis de muestras de viento solar enviadas por la sonda Génesis se decidió a utilizar la fuente de rayos ultravioletas intensa de la Universidad de Berkeley, Advanced Light Source (ALS), para reproducir en laboratorio este fenómeno.

Un sincrotrón entonces ha emitido cuatro haces de fotones UV a distintas longitudes de onda dirigidos sobre una muestra de monóxido de carbono CO ultrapura durante varias horas y se recogió el resultado en una cápsula enfriada con aditivos. El análisis al espectrómetro de masa asombró a los investigadores.

Mark Thiemens en su laboratorio de cosmo-química. Imagen: NASA

El resultado es que no hay una explicación clara, los datos no son concluyentes. Sería necesario a su modo de ver implicar en el proceso a algunas propiedades electrónicas de las moléculas de CO. ¡Un resultado completamente inesperado!

Mucho trabajo queda aún por hacer para ver más claramente y los investigadores quieren estudiar ahora, siempre con ALS, las interacciones físicas y químicas complejas entre los isótopos de oxigeno, el agua y los silicatos presentes en las nubes moleculares y en el origen de las rocas terrestres.