En busca del carbono perdido

En el principio, en la Tierra, fue el carbono, y luego vino, en su superficie, la vida, basada en este elemento químico. A partir de entonces ambos están estrechamente entrelazados, pero se estima que el 90% del carbono está en las profundidades de la Tierra. A estudiar esta dimensión oculta del planeta se dedica desde hace tres años un macroprograma de investigación que se prolongará durante una década. Los científicos ya han avanzado en la posibilidad de estimar la edad y la profundidad de formación de los diamantes (la forma más valiosa de carbono); en la importancia de los microbios a grandes profundidades, entre ellos los virus, que pudieron jugar un papel clave en la emergencia de la vida; y en la hipótesis de que hay grandes depósitos de hidrocarburos que no tienen un origen biológico.

Casi todo el mundo sabe que el petróleo accesible, la principal fuente de energía actual, procede de la vida vegetal y animal de hace al menos centenares de millones de años; y que los depósitos de carbón —otro gran combustible fósil— tienen igualmente un origen biológico, ya que son antiquísimos bosques fosilizados; pero no es eso lo que más interesa a los investigadores ahora. De hecho, en el extenso libro El carbono en la Tierra, que acaban de presentar (de acceso libre en Internet), el carbón apenas figura. Como explica Robert Hazen, director de Deep Carbon Observatory (DCO, Observatorio del Carbono Profundo), “ha cesado casi por completo la investigación de esta sustancia fascinante”. Hazen se hace la principal pregunta de este esfuerzo científico: “¿Dónde está el carbono que falta en la Tierra?”. Los cálculos aproximados son los siguientes: la información suministrada por los meteoritos indica que, al formarse, la Tierra contenía un 3% de carbono, mientras que las fuentes actuales conocidas de este elemento, que son la vida, las rocas carbonatadas y el dióxido de carbono en la atmósfera, suman únicamente un 0,1%. Hazen especula: “Debe de haber cantidades significativas encerradas en el manto y el núcleo del planeta. ¿Podremos encontrarlas?” Algunos creen que hasta un 1% del núcleo está formado por carbono, 50 millones de veces la cantidad que contiene toda la vida sobre la Tierra.

El programa trabaja en un espectrómetro de masa de alta resolución novedoso

La geología se une a la física, la química y la biología para intentar revelar no solo la cantidad, sino los movimientos, las formas y los orígenes del carbono en el planeta. Los primeros resultados se han presentado en una sesión en la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos junto a lo que se puede calificar de carta a los Reyes Magos de todo lo que les gustaría llegar a saber a las decenas de investigadores de nueve países que participan en el programa DCO, que tiene un presupuesto de 500 millones de dólares (385 millones de euros). Y es que, entre los 88 elementos conocidos en la Tierra, el carbono es único, es clave para la vida y el clima y se puede enlazar consigo mismo y también con prácticamente todos los demás elementos.

La vida surgió hace unos 3.500 millones de años, pero no empezó a influir significativamente en la diversidad de minerales y, con ello, en la propia Tierra hasta hace unos 1.800 millones de años, recuerda el investigador Robert T. Downs. El carbono en la Tierra se traslada, junto a otros elementos, por el mecanismo (tan antiguo pero tan nuevo para la ciencia) de las placas tectónicas. La corteza, con los restos de vida, se hunde en algunas zonas y el carbono vuelve a la superficie, por ejemplo por las emanaciones de los volcanes, en una compleja coevolución de la geosfera y la biosfera. Sin embargo, no se conoce hasta qué profundidades llegan los flujos.

El carbono se presenta de muchísimas formas, desde el blando grafito de un lápiz al duro y valioso diamante. Hay nuevas tecnologías que están permitiendo conocer la edad, la profundidad y la parte de la Tierra de donde procede cada diamante y que también facilitan sintetizarlos. Se cree que los diamantes se formaron a una profundidad de más de 100 kilómetros en condiciones de gran presión, y las vetas migraron hacia la superficie.

Interesa distinguir los gases de origen biológico de los de origen químico

Como resulta que la vida también existe a grandes profundidades relativas, allí se pudo originar, creen los científicos. “Allí donde perfores hasta uno o dos kilómetros encuentras vida microbiana, escasa pero resistente”, dice la investigadora francesa Isabelle Daniel. “Estos microbios profundos, que habitan intersticios en las rocas, sobreviven gracias a la energía química de los minerales”. Entre los microbios hay virus, que son capaces de insertar su material genético en otros microbios. “Esta zona profunda bajo la superficie puede haber actuado como un laboratorio natural para el origen de la vida, en el que se realizaron paralelamente múltiples experimentos hasta que surgió”, comenta John Baross, que ha reunido las aportaciones de los científicos al libro. Las bacterias de las profundidades, por ejemplo, son organismos vivientes, pero pueden estar sin dividirse, sin reproducirse durante millones de años, creen los científicos. “Todavía no sabemos hasta qué grado son zombies microbianos, que no pueden revivirse”, comenta Steven D’Hondt, otro de los investigadores.

Otro de los grandes temas que interesan es distinguir los gases de origen biológico de los de origen químico-físico. Cuando se perfora a grandes profundidades se encuentran depósitos de metano, pero su origen es objeto de debate. No se sabe si se trata del reciclaje de la vida en la superficie terrestre o puede proceder de reacciones químicas en la zona más profunda de la corteza o en el manto. Un nuevo espectrómetro de masa de alta resolución, que se desarrolla en el marco del DCO, puede dar pronto la respuesta en cada caso analizado.