¿Dependen las civilizaciones tecnológicas del oxígeno atmosférico?

Hace casi dos millones de años una especie de simios erguidos conocidos como homo erectus comenzó a utilizar el fuego. Fue un proceso gradual, desde usuarios oportunistas de fuegos naturales hasta maestros capaces de crear llamas con pedernal y tierno. Somos sus descendientes. Somos criaturas de forja y horno, hogar y hogar. El fuego se ha vuelto tan central para nosotros que en lugar de homo sapiens, podríamos llamarnos homo ignus, el simio que empuña el fuego. El fuego es fundamental para el surgimiento de nuestra civilización. Cocina nuestra comida, nos mantiene calientes e ilumina nuestra noche. Ésto plantea una pregunta interesante. ¿Podríamos haber construido una civilización sin fuego?

El fuego sólo es posible en una atmósfera con un alto contenido de oxígeno. En atmósferas con menos de un 18% de oxígeno, no se puede tener una llama abierta. Una ignición confiable podría requerir un nivel de hasta el 20%. La atmósfera de la Tierra actualmente tiene un 21% de oxígeno, pero ha estado constantemente por encima del 18% durante sólo unos 200 millones de años. Durante gran parte de la historia de la Tierra, las llamas abiertas no fueron posibles. Y la Tierra es el único planeta de nuestro sistema solar con un nivel significativo de oxígeno. Entonces, si bien los planetas son comunes en el universo, los planetas donde es posible el fuego podrían ser raros. Si las civilizaciones necesitan el fuego para surgir, el oxígeno atmosférico podría ser el cuello de botella.

Ese cuello de botella es el foco de un estudio reciente publicado en arxiv. Analiza los requisitos para que un planeta tenga una atmósfera rica en oxígeno y descubre que las limitaciones son bastante estrictas. Sólo hay dos formas principales de crear oxígeno libre en una atmósfera. El primero es el origen biológico, donde los organismos vivos producen oxígeno mediante la fotosíntesis. El segundo es un proceso abiótico en el que el vapor de agua de la atmósfera superior se divide en hidrógeno y oxígeno mediante luz ultravioleta.

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El estudio muestra que el mecanismo dominante depende del tamaño y la temperatura de un planeta. A la temperatura de la Tierra, el oxígeno libre requiere organismos vivos. Pero si el planeta es demasiado pequeño no puede contener suficiente atmósfera para la vida, y si es demasiado grande su atmósfera estará tan dominada por hidrógeno y helio que los seres vivos no podrán producir suficiente oxígeno para superar el umbral del 18%. Por lo tanto, los residentes de una súper Tierra con la temperatura de la Tierra probablemente no puedan tener llamas abiertas.

Para los planetas más calientes, domina el mecanismo abiótico, pero sólo si el planeta es más grande que la Tierra. Los planetas pequeños y calientes no tendrán un vapor de agua lo suficientemente espeso como para generar mucho oxígeno. Venus es un buen ejemplo de esto, donde hace demasiado calor para el oxígeno biótico, pero no lo suficientemente grande para el oxígeno abiótico. Esto significa que si encontramos súper Tierras con una atmósfera rica en oxígeno, entonces probablemente surgieron por medios abióticos. Todavía sería posible que los seres vivos aprovecharan ese oxígeno, incluido el uso del fuego para crear una civilización.

La cuestión del oxígeno atmosférico es compleja y este artículo no entra en detalles reales. Su propósito es delinear las limitaciones a la capacidad de crear fuego en mundos potencialmente habitables. Al buscar vida en los cielos, es posible que debamos distinguir entre mundos potencialmente habitables y mundos potencialmente civilizados.

Esto último puede ser mucho más raro de lo que esperábamos.

Referencia: Balbi, Amedeo y Adam Frank. "El cuello de botella de oxígeno para las tecnosferas". Preimpresión de arXiv arXiv:2308.01160 (2023).