Respirando cenizas de estrellas: el origen cósmico del oxígeno

El origen y la evolución de los elementos químicos en el Universo es una historia fascinante, que comenzó con el Big Bang y que aún continua desarrollándose en escenarios tan dramáticos y grandiosos más de los de cualquier película de ciencia ficción.

La composición química de la Tierra no es representativa de la del Cosmos. Debido a su campo gravitatorio y a su evolución particular, nuestro planeta es especialmente rico en hierro, oxígeno y silicio. Sin embargo, los componentes mayoritarios del Sol y de la mayor parte de los objetos cósmicos son el hidrógeno y el helio, que se formaron en el Big Bang y que constituyen más del 99% de la masa del universo. Los otros elementos han sido sintetizados en las estrellas, en reacciones nucleares en su interior o las explosiones de las etapas finales de su vida. Las primeras estrellas nacieron cuando el Universo tenía 400 millones de años de edad; fue a partir de entonces cuando la Tabla Periódica de los Elementos Químicos empezó a completarse.

Dependiendo de su masa, las estrellas pueden producir en su interior hasta seis cadenas de reacciones nucleares, reacciones en las que se transmutan hidrógeno, helio, carbono, neón, oxígeno y silicio en elementos más pesados. Solo las estrellas más grandes, aquellas que con más de ocho masas solares pueden sintetizar hierro, lo que genera sin embargo un “pequeño” problema. Y es que si bien las reacciones de fusión de núcleos ligeros producen energía y, por lo tanto, hacen que la estrella brille, las reacciones entre núcleos de hierro absorben energía. Este proceso acaba colapsándolas, dando lugar a estrellas de neutrones o agujeros negros. Pero las capas exteriores son eyectadas a velocidades cercanas a la de la luz, a muy elevadas temperaturas, que provocan reacciones nucleares explosivas y flujos de neutrones que generan oxígeno, uranio o torio, algunos de los elementos más pesados de la tabla periódica: es lo que se conoce como las supernovas de tipo II. 

El oxígeno es precisamente el segundo elemento más abundante en la Tierra; representa el 88% de la masa de los océanos y el 23% de la atmósfera. Por tanto, buena parte del aire que respiramos y el agua que bebemos procede de la muerte de estrellas masivas que vivieron antes que el Sol. Como es bien sabido, el oxígeno ha jugado un papel crítico en la aparición de los organismos complejos en la Tierra. La cantidad de oxígeno en la atmósfera terrestre primigenia era muy pequeña; cantidad que se incrementó hace 200 millones de años hasta una décima del nivel actual. Este aumento se produjo tras un fenómeno de glaciación global conocido como la Snow Ball Earth (Tierra Bola de Nieve). No sabemos cómo se produjo, pero seguramente guarda relación con la tectónica de placas de la corteza terrestre. A lo largo de la historia la Tierra ha experimentado cuatro glaciaciones globales y en cada una de ellas fueron las cianobacterias o algas verdeazuladas, organismos fotosintéticos generadores de oxígeno, medraron espectacularmente en zonas oceánicas en las que se acumularon minerales y nutrientes erosionados por los glaciares. Fue este incremento de las cianobacterias el que propició el incremento del oxígeno atmosférico.

La aparición de seres vivos complejos se produjo hace 530 millones de años: la concentración de oxígeno atmosférico provocó la explosión de vida del Cámbrico, el momento en el que la diversidad biológica ha sido la mayor que haya existido jamás en nuestro planeta. El oxígeno es el elemento implicado en la oxidación de los azúcares, grasas y proteínas, responsable de la generación de la energía química necesaria para la vida. El metabolismo en presencia de oxígeno es más eficiente que este elemento, lo que permitió las cadenas tróficas o alimenticias más extensas y la aparición de los depredadores y el homo sapiens.

Nuestro cuerpo y todo lo que nos rodea está formado por materia procedente de estrellas que nacieron y murieron mucho antes que nosotros y transitaron por otros caminos del Cosmos. La complejidad química del Universo ha ido aumentando con el tiempo y, con ella, la probabilidad de la aparición de la vida y, ¿finalmente? de la inteligencia.

REDACCIÓN CÉSAR A. ESTEBAN LÓPEZ
IMAGEN INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS