Embornals

Vivim en una planeta en què la vida, a escala d'equilibri global, ha distribuït uns embornals. Això són uns magatzems que actuen com a acumuladors d'elements o compostos que permeten de contrapesar les balances dels equilibris planetaris. Sense aquests embornals la vida no seria possible i es veuria contínuament amenaçada.

Aquests embornals, ho veurem, són importantíssims per tal d'assegurar la vida i la supervivència de les formes vitals en la nostra planeta. De fet en tota la història planetària hi ha hagut moments de crisis, d'extincions massives en què hi ha hagut un efecte de salvaguarda, de protecció i de supervivència.

Els ocèans, un enorme embornal planetari

Els ocèans acumulen una enorme massa d'aigua amb una capacitat calorífica enorme que amorteix els canvis bruscos  en la temperatura a tots els nivells: començant per la variació diària entre el dia i la nit, les mars i els ocèans amorteixen les diferències tant en la temperatura diürna (no puja tant la temperatura durant el dia) com en la nocturna (no es refreda tant durant la nit). També succeeix un efecte semblant en els canvis estacionals, bo i suavitzant el fred de l'hivern i la calor de l'estiu.

En aquest mapa podem veure com en les zones més acostades a la mar hi tenim una amplitud tèrmica menor i, per contra, com més ens en anem terra endins, més creix el contrast de temperatura, la variació anual en la temperatura. Passa cosa semblant amb l'oscil·lació diària entre el dia i la nit. Les màximes i les mínimes sempre s'assoleixen en les zones d'interior més allunyades de la mar.

Aquest efecte de compensació i d'amortiment és degut a l'enorme massa d'aigua que contenen els ocèans i les mars, els quals -recordem-ho- ocupen un 70% de la superfície de la nostra planeta i tenen profunditats importants en la major part de la seva superfície (3.000- 7.000 metres de profunditat) a excepció feta de les parts més proximals, més a la vora del costaner, en les quals la plataforma continental presenta unes fondàries de pocs centenars de metres amb una amplitud variable, però de pocs quilòmetres.

La vida a la Terra està lligada als ocèans com a embornals d'oxigen

L'origen de la vida a la nostra planeta és molt antic, la seva datació és molt incerta però trobem ja algunes mostres de sediment amb unes estructures, uns indicis que podrien indicar primitives formes de vida que s'han datat de 3.700 milions d'anys. La seva aparició s'esdevé en una Terra amb una atmosfera sense oxigen i uns ocèans en què tampoc no hi havia oxigen. S'inicien unes formes de vida que fan fotosíntesi i aprofiten la radiació solar i l'abundant CO₂ del medi atmosfèric per a sintetitzar compostos orgànics que formaran les primeres formes que són organismes unicel·lulars.

Durant molt de temps, essencialment els cianobacteris dels estromatòlits dominen els ecosistemes aquàtics i molt lentament van acumulant el que representa un residu del seu metabolisme: l'oxigen. Un oxigen que durant més de 3.000 milions d'anys s'anirà acumulant al medi, sempre en unes concentracions molt baixes. Pensem que sense oxigen a una certa concentració no hi ha vida possible tal com la coneixem ara. Una altra limitació important per a la vida és la radiació ultraviolada que ens arriba del sol. Cap dels organismes actuals no podria resistir una intensitat de rajos UV d'una atmosfera sense filtre.

I doncs com sobreviuen els cianobacteris dels estromatòlits?
Bé, tot fa pensar que tenien unes adaptacions especials que els donaven una resistència a la radiació UV d'aquelles èpoques.

Els ocèans, embornals, per què? 
Durant tot aquest període tan llarg de formes primàries de vida unicel·lular, les observacions mostren com els ocèans actuen acumulant oxigen de forma dissolta, molt abans que l'atmosfera. Això permetrà, arribat el moment oportú, que la concentració d'oxigen a les aigües oceàniques poc profundes sigui suficient com per a donar lloc a l'eclosió de múltiples formes de vida més complexes.

Vegem primer de tot quin és el contingut d'oxigen en els ocèans actuals:

Com podem observar, la concentració d'oxigen varia amb la superfície de 1-2 mg/litre fins a 7-8 mg/l.

Quan els ocèans varen començar a acumular oxigen ho varen fer en les profunditats mitjanes primer i més endavant en profunditats més grans i en capes superficials:

En l'eix d'ordenades, a baix de tot, hi figura els milers de milions d'anys d'edat. Al damunt de cada gràfica s'hi ressenyen unes fases d'oxigenació de la Terra. Els responsables principals, recordem-ho, en són els éssers vius que inicien 2,7 MAnys enrere l'emissió d'oxigen, els fons oceànics romanen anòxics (fase 1). Hi ha un molt petit creixement en les concentracions d'oxigen a la fase 2. Tenim una fase 3 estàtica en què no hi ha creixement en l'acumulació d'oxigen. En la fase 4 ja hi ha un creixement important de la concentració d'oxigen en aigües superficials i en l'atmosfera. És en la fase cinquena en què es produirà l'acumulació més important d'oxigen associada a la gran explosió de formes de vida del Cambrià.

L'oxigen de la planeta representa un altre equilibri entre l'atmosfera i els ocèans?

Vegem què passa en el Fanerozoic, a partir de l'eclosió del Cambrià. A l'inici de l'Era Paleozoica, en el Cambrià, es produeix de forma sobtada una gran proliferació de formes diverses de vida en els ocèans. Els ocèans havien aconseguit unes concentracions d'oxigen suficients que poguessin permetre formes de vida més complexes basades en un metabolisme aerobi, això és, que consumien oxigen. A partir d'això, tot agafa embranzida, més diversitat de vegetals que fan fotosíntesi, i comença l'escomesa de colonització dels continents emergits per vegetals terrestres els quals faran una empenta enorme i única en la història, en la producció d'oxigen i el segrest de gas carbònic.

La mesura dels nivells atmosfèrics d'oxigen del passat no ha estat fàcil i segurament que encara ens manca de saber-ne moltes de les coses. Hi ha diferents mètodes químics els quals els veiem representats en aquesta gràfica, no sense discrepàncies, algunes d'importants.

No obstant, sense entrar en discussió, és important que observem:

1. Que tenim una zona prohibida amb baixa concentració d'oxigen a l'atmosfera la qual no permetria les formes de vida tal i com ara les coneixem. Aquesta zona està respectada i s'ha mantingut gairebé durant tot el Fanerozoic. Els nivells d'oxigen atmosfèric necessaris per a la vida s'han mantingut.
2. Que hi ha un primer moment en què les formes de vida són gairebé tan sols marines i que als continents no és possible encara la vida en formes desenvolupades o hi ha formes de vida molt precàries, això degut a la baixa concentració d'oxigen en l'atmosfera.
3. La concentració d'oxigen no ha estat mai estable, plana, una recta, sinó que ha observat oscil·lacions que haurem d'interpretar com un equilibri dinàmic que molt probablement respon a variants múltiples, com ara el vulcanisme, les crisis d'extincions massives, els canvis en els ecosistemes i en la biodiversitat.

Aquestes observacions ens permeten de pensar que hi ha un equilibri planetari d'una banda entre les formes biòtiques que 'fabriquen' oxigen, és a dir, les que fan fotosíntesi, i en una l'altra banda hi tenim aquelles altres formes que respiren i consumeixen oxigen. I encara hi ha els medis físics atmosfèric i, molt important, l'oceànic. Aquest darrer actua com a embornal i com a coixí amortidor de les crisis, que captura oxigen, gas carbònic (CO₂) i absorbeix energia (calor).

L'ozó, un element en discòrdia

És prou coneguda la importància de l'ozó estratosfèric, i també la del troposfèric. En parlem tot sovint als reports meteorològics i sabem que ho vigilem molt de prop. L'ozó actua de filtre dels rajos ultraviolats, cosa prou coneguda, i permet les formes de vida tal i com les coneixem. Els humans i la majoria dels animals no podríem sobreviure exposats de forma directa a la radiació UV còsmica que ens arriba directament del sol. No obstant s'ha vist que també és un important regulador de la composició química de l'atmosfera i que, per tant, podria influir de manera més directa en el clima de la nostra planeta.

S'ha vist que, sobretot, concentracions baixes d'ozó estratosfèric condicionarien l'existència del gas metà (CH₄) de manera estable en l'atmosfera i, en conseqüència, la possibilitat d'una atmosfera rica amb gas metà (postulat clàssic) durant el Proterozoic s'hauria de descartar. No és possible perquè la radiació eliminaria el metà.

S'ha suposat durant molts d'anys que en concentracions ja relativament baixes d'oxigen atmosfèric es donarien les condicions per a formar-se una capa d'ozó suficient per a fer d'escut dels rajos ultraviolats. No obstant, els darrers estudis semblen indicar que farien falta concentracions més elevades del que se suposava i que, per tant, l'estabilització de la capa d'ozó ha estat una cosa més tardana, ja ben entrat el Paleozoic.

El detall de la composició exacta de l'ozó atmosfèric en la història geològica és desconegut, hi ha molt de camí per fer abans no puguem saber-ne alguna cosa, però ja podem començar a suposar que és un element en discòrdia. Vol dir això que podem pensar que hi pot haver una estreta relació d'episodis de crisis planetàries d'extinció d'espècies o d'explosió de formes relacionades directament a la concentració atmosfèrica de l'ozó.

En la fig. 6 podem veure el que anomenem la corba de consens de l'oxigen. Recordem que les concentracions d'oxigen atmosfèric s'havien mesurat per diversos mètodes i que donaven discrepàncies. Aquesta corba intenta de trobar les coincidències, els punts de consens en l'evolució històrica de l'oxigen atmosfèric. En la gràfica s'hi relacionen els esdeveniments biològics primordials més importants. 

Doncs bé, podem pensar que la relació entre biologia i oxigen atmosfèric per a la vida continental i oceànica no és una relació simple sinó que l'ozó (que al cap i a la fi no deixa de ser una forma d'oxigen polimorfa) hi pot tenir una intervenció independent o combinada.

A partir d'això hi ha interpretacions les quals han de tenir en compte la complexitat de les múltiples variables que hi intervenen. No podem simplificar l'evolució biològica relacionant-la tan sols amb l'oxigen atmosfèric.

Els ocèans, embornals de carboni

En la fig. 2 ja s'observa, si bé de manera molt esquemàtica, com la concentració de CO₂ a l'atmosfera ha tingut una tendència a disminuir durant tota la història geològica de la Terra. La vida sembla, doncs, que troba el seu equilibri en la planeta en un atmosfera com més va, amb menys carboni. Vegem-ho en més detall:

En la figura tenim una comparança entre les concentracions atmosfèriques de CO₂ i d'oxigen durant el Fanerozoic (darrers 541 M Anys). Veiem com partim d'una situació amb una elevada concentració de CO₂ atmosfèric. Unes condicions molt desfavorables per a la vida en els continents.

La tendència es veu molt clara i consisteix, a grans trets, a una disminució gradual del CO₂ atmosfèric fins a atènyer els valors actuals. No obstant això, l'equilibri del CO₂ atmosfèric no és una recta plana sinó una oscil·lació, la qual cosa invoca un concepte d'equilibri dinàmic.

Correlació entre CO₂ atmosfèric i temperatura de la superfície de la planeta

Si observem la gràfica on hi ha representades les evolucions de la temperatura de superfície de la Terra i les concentracions atmosfèriques de CO₂, observarem que mantenen una bona correlació en la majoria del temps . La gràfica abraça tot el Fanerozoic (darrers 541 M Anys) i ja veiem com, tot i servar una bona correlació hi ha moments de discrepàncies importants.

Per què no podem correlacionar de manera absoluta temperatura i CO₂?

Doncs, en gran manera perquè l'evolució de la temperatura de la planeta és un fenomen multivariable complex. Això és, hi tenen a veure més d'una variable i hi intervenen de manera independent i alhora unes damunt de les altres. Ja hem vist com l'ozó ens podia alterar de manera substancial les condicions de la composició atmosfèrica de la planeta. El metà també és un gas que fa un fort component d'efecte hivernacle. Vegem-ne alguns d'altres.

Temperatura i biodiversitat

En aquesta gràfica podem veure com en els moments més freds (franges blaves verticals) es correspon una biodiversitat comparable amb l'actual, això és, tenim una zona tropical on la biodiversitat és màxima i va disminuint a mesura que ens allunyem de l'equador i ens acostem als pols de la planeta.

La línia vermella indica els canvis en la temperatura.

Els cercles buits de dins indiquen biodiversitat més elevada en latituds mitjanes, entre 30º i 60º de latitud.

Podem pensar que la temperatura fa variar la latitud, i és cert. Però la interacció és mútua. La pèrdua de la biodiversitat té efectes en el clima i en els equilibris globals, per exemple pels incendis forestals. O per una davallada en la respiració o una pujada en la fotosíntesi. La interacció és mútua.

Canvis en l'albedo

La reflectivitat de la Terra és coneguda com el seu albedo. Bona part de la llum que rebem del sol, la radiació solar, és reflectida directament a l'espai exterior, i l'energia que portava es dissipa a l'espai. Les superfícies blanques, en especial les superfícies nevades tenen més reflexió, tenen més albedo.

En aquesta imatge podem veure la variació de l'Albedo a Greenlàndia. Dues coses importants a observar:

1. A l'hivern l'albedo, la reflectivitat, és més alt. Hi ha més neu i més glaç, una superfície de color blanc més gran que reflecteix més energia a l'espai. De la (poca) energia que arriba a l'hivern se'n dissipa molta més cap a l'espai exterior. Per contra, a l'estiu la superfície glaçada és més petita i l'albedo és més baix. Això fa que la dissipació d'energia a l'espai sigui inferior i l'ambient s'escalfi més.
2. Hi ha hagut una variació de l'albedo amb el pas dels anys. Com més va, menys albedo perquè la superfície glaçada és inferior. Anys enrere hi havia més reflectivitat, més albedo perquè hi havia més superfície coberta pel glaç.

Ràpidament podem concloure que una pujada planetària de temperatures modifica l'albedo de manera que el fa baixar. Però no és l'únic factor de modificació. N'hi poden haver d'altres. Per exemple, un increment en la precipitació de neu farà pujar l'albedo. O una orogènesi, a llarg termini, quan s'aixeca una serralada de muntanyes, a partir les noves elevacions formades atenyen certa altura es tornen blanques i augmenta l'albedo. Una explicació senzilla per una davallada global en la temperatura.

Novament, qualsevol factor que analitzem (albedo) ens adonem que és multivariable i que depèn de diversos altres fenòmens independents que s'encavallen uns damunt dels altres.

Absorció de carboni dels ocèans

El carboni que emmagatzemen els ocèans és una quantitat enorme: 38.400 Gigatones. Hi ha quasi cinquanta vegades més de carboni als ocèans que no pas a l'atmosfera. La capacitat d'absorbir carboni dels ocèans ens permet de mantenir l'equilibri necessari per a la vida. Si aquest carboni passés a l'atmosfera les circumstàncies no permetrien la vida tal i com la coneixem.

En la nostra societat industrial, fins ara, els ocèans generen el 50% de l'oxigen que necessitem (fotosíntesi), absorbeix les emissions de CO₂ d'origen antropogènic i té la capacitat de capturar el 90% de l'excés d'escalfor que generen les emissions humanes. Un veritable amortidor de l'impacte del canvi climàtic.

No obstant, sembla que l'embornal oceànic ja comença a donar símptomes d'estar exhaust.

Un altre gran embornal: el medi geològic sedimentari

En el medi geològic els processos de la geodinàmica externa, meteorització, erosió, transport i sedimentació, amb el pas del temps dipositen cossos sedimentaris en les conques de sedimentació. La major part de la sedimentació s'esdevé en les mars i ocèans als quals els arriben materials detrítics dels continents i s'hi amunteguen. Les mars reben també la major part de la sedimentació dels carbonats els quals per processos de diagènesi i litificació passaran a formar les roques calcàries.

Fotografia: Gran amuntegament d'estrats calcaris un damunt de l'altre a la cinglera del Cadí. L'acumulació de mineral de carboni es va produir en l'Era Secundària al fons de les mars en un clima més càlid que no pas l'actual. 

Tones i més tones de mineral de carboni que de manera pausada, amb molts d'anys, s'ha amuntegat al fons de la conca sedimentària cretàcica en un moment àlgid en la sedimentació de la conca pirinenca.

En aquestes formacions el carboni es diposita en la seva forma oxidada de carbonat, el més freqüent el de calci (CO₃Ca). No s'hi acostuma a trobar capes de carboni elemental (CE) intercalades, més pròpies d'ambients anòxics.

I no es formen calcàries als continents?

En ocasions es formen calcàries també als continents però no és tan freqüent ni de bon tros. En moltes llacunes s'hi dipositen carbonats, amb acumulacions moderades que donaran poca gruixària a la capa de sediment.

Els sediments, doncs, durant tota la història de la Terra han acumulat tones i més tones de carboni, un carboni que ha passat de les dues passes que vàrem descriure. Els sediments del medi geològic són uns embornals molt importants de carboni que ja varen començar de funcionar al principi de tot en què la vida va iniciar els equilibris segrestant carboni de l'atmosfera i atrapant-lo en forma mineral inorgànica. Recordem els primers precursors: els estromatòlits.

I el petroli, els hidrocarburs?

El petroli és una forma no oxidada de dipòsit sedimentari de carboni que prové sempre de la transformació anòxica de la matèria orgànica que s'ha acumulat en una conca sedimentària transportada pels rius i rierols i també formada en el mateix indret. D'hidrocarburs en trobem de repartits en tota la història geològica de la planeta i representen, com no podia ser d'altra manera, una altra fórmula de segrest i d'acumulació de carboni en l'embornal sedimentari.

Quin és el problema dels dipòsits de petroli (no oxidats)?

Doncs que tenen un valor molt elevat com a font d'energia mineral que els equilibris de la planeta han amuntegat al medi sedimentari durant milions d'anys i que la humanitat ha recuperat sobretot per a industrialitzar la seva activitat econòmica i amb aquesta acció ha pervertit els equilibris planetaris sobretot durant els darrers 60 anys.

La combustió industrial d'hidrocarburs, en els mitjans de transport i la maquinària agrícola ha capgirat per complet l'equilibri dels gasos de l'atmosfera: s'ha consumit molt d'oxigen i s'ha emès molt de gas carbònic (CO₂).

Diagrama de complexitat

Quan la nostra planeta ha congriat uns embornals i disposa de magatzems suficients de compensació, una "tasca" que li ha costat 4.000 milions d'anys, és aleshores i no abans que això permet el desenvolupament explosiu i un creixement exponencial de les diferents formes de vida a la Terra. Primerament als ocèans, perquè varen ser els primers embornals que es varen reblir. Una volta reblerts els embornals oceànics es rebleixen els embornals atmosfèrics i es va configurant de mica en mica un equilibri global que permet l'escomesa de les formes de vida als continents. L'embornal estratosfèric, que emmagatzema ozó, podria haver estat un factor clau i el més tardà.

Qui ha congriat els embornals i els equilibris?

La mateixa natura. Sense cap dubte. Recordem que a la nostra planeta, quan es va formar, no hi havia ni tan sols oxigen i era una terra completament erma com qualsevol dels altres planetes que coneixem del nostra sistema planetari, el del sol. La vida, unes vegades molt a poc a poc, d'altres vegades de manera explosiva ha anat congriant els embornals planetaris, també amb episodis de batzegades i de crisis globals.

Les molleres, un embornal estratègic molt important

En el conjunt global dels embornals les molleres, distribuïdes per tota la planeta, tenen una importància cabdal per a mantenir els equilibris dels gasos de la planeta que permeten que la vida s'hi desenvolupi en condicions òptimes d'equilibri.

Les molleres són un embornal que emmagatzema carboni element en forma de carbó, una forma química no oxidada que, per l'acció dels organismes anaerobis que viuen en els fons pantanosos de les molleres i que, de mica en mica, atrapen l'element carboni del cicle de respiració i fotosíntesi, aconseguint amb això fer davallar la concentració global de gas CO₂ a l'atmosfera (i de retruc als ocèans) i, per tant, amortint l'efecte hivernacle d'aquest gas.

Quan apareixen les molleres?

Les molleres apareixen en el moment en què els equilibris globals agafen una certa complexitat i ja han permès la gran escomesa de la colonització dels continents per les espècies vegetals, cobrint una superfícies que havien estat gairebé ermes fins aleshores. Això succeeix de manera explosiva i dona una embranzida global a la fotosíntesi i a la producció global de gas oxigen. La captura de gas carbònic (CO₂) atmosfèric acompanya en la seva embranzida a la de l'oxigen, si bé en sentit contrari i l'atrapen les biomasses vegetals, principalment. Un nou equilibri de gasos s'estableix, un equilibri més favorable a l'estabilitat de la vida, a l'evolució de les espècies vegetals i animals als ocèans i, sobretot, als continents.

Això passa a l'era Paleozoica, al període Carbonífer, uns 380 m.a. enrere i podem interpretar el carbó que s'hi ha acumulat a les molleres carboníferes com un subproducte, com un residu de l'acció de captura i segrest de carboni de les vegetacions continentals d'aquell moment, tal com l'oxigen va començar com un residu o un subproducte de la fotosíntesi dels estromatòlits. És una primera passa de l'evolució d'aquest embornal que amb el temps es mantindrà i adquirirà un paper regulador global d'importància cabdal.

Què ha fet l'home amb les molleres?

Eliminar-les perquè li feien nosa. Les molleres ocupen espais plans, molt aptes per a l'agricultura, molt fèrtils i amb aigua abundant. Són difícils de transitar i els cultius que s'hi poden fer bo i mantenint-les inundades d'aigua són limitats, tot i que hi ha grans arrossars a tot el món que ocupen zones sensibles de mollera.

Per acabar-ho d'adobar són molt fàcils de drenar i de llevar-los l'aigua, una acció humana que se n'ha perdut el record de quan va començar: és antiquíssima, segurament prové dels primers moments de l'agricultura. Els humans ja drenaven molleres a l'Edat Mitjana, a l'Edat Antiga i a la Prehistòria. El desequilibri global n'ha resultat trastocat.