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Francis VillatoroBorja TosarJuan Carlos GilGastón GiribetIgnacio Crespofugacidad de oxígeno y potencial químicobustita como referencia geoquímicacondiciones oxidantes y fugacidad de oxígenonitrógeno y fósforo bioelementos fundamentalesfósforo metabolismo energético episodio 570nitrógeno componente fundamental de proteínasfósforo afín al núcleo en reductoresnitrógeno migra a silicatos del mantocomportamiento geoquímico fósforo nitrógenofugacidad del oxígeno y fósforo litófilobiodisponibilidad de fósforo en el mantonitrógeno versus oxígeno en diagramasbiodisponibilidad nitrógeno y fósforocondiciones redox formación planetariacompromiso tendencias opuestaszona de rizitos de orohabitabilidad química redoxdistribución fósforo nitrógeno silicatosmodelo diferenciación núcleo manto gilmidiendo condiciones presión temperaturafigura 1Juan Carlos GilBoltzmanndelta de IWSpargaerenGastón GiribetJuan Carlosepisodio 570delta de IW-2TierraMarteATPCarbonoHidrógenoOxígenoNitrógenoFósforoAzufre
Fugacidad del Oxígeno y Fósforo litófilo
Ep577: Planeta Enano; Errores en IAs; Romper Agujeros Negros; Habitabilidad Química; Virus y Monos
29 de octubre de 20267 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo la fugacidad del oxígeno afecta el comportamiento geoquímico del fósforo, haciéndolo más litófilo y conservándolo en el manto para su biodisponibilidad.
…debido a la adición de esa partícula, en mi caso cargada, con las demás partículas reales Por supuesto esa partícula no seguía en la simulación, sino aquello explotaba, sino que simplemente calculaba la energía que suponía la adición de esa partícula, Calculaba el factor de Boltzmann y se hacía un promedio estadístico, y esto permitía estimar el potencial químico de exceso que se llama. Bueno, el caso es que la fugacidad de oxígeno, que es el término geoquímico, está relacionado con este potencial químico, de tal forma que cuanto mayor es esta fugacidad, más oxidantes son las condiciones; es fácil acordarse: más oxígeno, más oxidante, y cuanto menos, más reductoras. En el artículo utilizan una escala para esta fugacidad que denominan delta de IW, que es logarítmica; hay que tener cuidado con eso en las figuras, pero bueno, se entiende muy bien y que nada, es una medida de la disponibilidad de oxígeno que utiliza como referencia el equilibrio entre el hierro metálico que os definía antes y un metal. Esto es necesario, en geoquímica es habitual y el metal que utiliza es la bustita; que debe ser habitual, no lo conozco. Bueno, como os decía, en la pregunta científica los autores se fijaron en nitrógeno y fósforo, ambos bioelementos fundamentales; ambos forman parte de los ácidos nucleicos; ambos forman parte de procesos biológicos esenciales. El fósforo además es central, como sabéis, en el metabolismo energético. Hablé mogollón del fósforo en el episodio 570, mientras que el nitrógeno a nadie se le escapa es un componente fundamental de las proteínas. Pero, y aquí empieza lo interesante, su comportamiento geoquímico, su tendencia por el núcleo o por el manto, que es de lo que estamos hablando, resulta que la experimentan de manera opuesta. En entornos muy reductores, el fósforo tiene mayor afinidad por el metal y por tanto tiende a incorporarse al núcleo, mientras que el nitrógeno migra preferencialmente hacia los silicatos del manto, O sea, en unas condiciones más oxidantes, cuando la fugacidad del oxígeno es mayor, el fósforo se vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le ocurre lo contrario; esto se ve muy bien en un diagrama esquemático en la figura 1 del artículo. ¿Hay tendencias por tanto opuestas para la biodisponibilidad de nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redos en la formación del planeta? Bueno, pues cuando hay tendencias opuestas a menudo ocurre que existe un compromiso entre ambas, un intervalo ahí intermedio en el que en este caso ninguno de los dos elementos quedaría excesivamente secuestrado en el núcleo Una especie de zona de rizitos de oro, de nuevo, redox, ni demasiado reductora ni demasiado oxidante, adecuada para poder ser degustada En definitiva, la zona de, lo que llaman estos autores, la zona de habitabilidad química Pues para estudiar esto que os he introducido, los autores idean un modelo de diferenciación del núcleo-manto, muy sencillo. Parten de un montón de resultados publicados sobre cómo se distribuye el fósforo y el nitrógeno entre silicatos fundidos y hierro a distintas condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno. Eso se lleva midiendo desde hace cientos de años y. Es lo que aparece en el panel A de la figura 2, donde si lo miráis se ven extraordinariamente claras las tendencias opuestas porque aparecen dos bandas coloreadas formando una X. Y luego plantean un modelo muy sencillo basado en esos datos que parametrizan…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando un artículo sobre habitabilidad planetaria, enfatizando la necesidad de ingredientes químicos específicos para la vida, como los bioelementos CHOMPS.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #19bioelementos chomps para la vidacalcio y magnesio en planetas habitablesoligoelementos hierro zinc cobredisponibilidad de elementos químicos…parecer ex nihilo de nada, bueno, de nada, de química prebiótica, en esas condiciones. Podrían ser dos respuestas distintas Y eso es un melón ingente, de tamaño planetario, que no estamos en condiciones de responder Pero aparte de lo que os decía, me presenta Más como químico, falta otra condición y es los ingredientes químicos de la vida. De nuevo, basándonos en lo que conocemos de nuestro planeta, los bioelementos principales, lo hemos hablado muchas veces, el famoso CHOMPS: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre. Hay otros elementos que se usan menos pero son importantes como por ejemplo calcio y magnesio, y luego tenemos los oligoelementos, metales como hierro, zinc o cobre que aunque se necesitan en cantidades muy pequeñas, sin embargo son determinantes en funciones esenciales de muchísimos procesos biológicos. Y más aún, es que no solo hace falta que esos elementos existan, es que tienen que estar disponibles, ¿vale? Cuando hablamos de habitabilidad, esos elementos tienen que ser accesibles a la posible vida Tienen que estar, desde luego, en cantidad suficiente, pero también en formas químicas aprovechables. Los elementos tienen la buena costumbre de ponerse en distintos…
Juan Carlos Gil explica un concepto complejo utilizado por geofísicos y geoquímicos: la fugacidad del oxígeno, como una forma de expresar el potencial químico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #4siderófilos y afinidad por hierrolitófilos prefieren silicatosdiferenciación planetaria siderófilos litófilosquímica de la diferenciación planetariafugacidad del oxígeno potencial químicopresión efectiva concepto termodinámicogeofísicos geoquímicos fugacidad oxígeno…la luna procedía del manto; así que era bastante pobre en hierro y por eso la luna, o por eso creemos que la luna, por eso tiene un núcleo diminuto: completamente es menos de un 2% del tamaño de la masa de la luna mientras que en la Tierra supone el 30%. O sea que esta diferenciación, bueno, obviamente a nivel de geología planetaria es extraordinariamente relevante. Bueno, lo que acabo de contar del níquel, hierro y silicio es una propiedad genérica que afecta a todos los elementos: su afinidad química por unas fases o por otras. Las que tienen en diferenciación planetaria la mayor afinidad por el metal se le llama siderófilos, del griego sideros, hierro; y a las que prefieren los silicatos, se les llama litófilos, de lisos, piedra. Pero esa preferencia por una fase u otra depende a su vez de las condiciones químicas, así es la química. En particular por una magnitud que los geofísicos y geoquímicos utilizan muy a menudo, la fugacidad del oxígeno, que es una forma de expresar mediante una presión efectiva el concepto más general termodinámico de potencial químico, potencial químico del oxígeno, que es una cosa un poco esquiva para los que no han estudiado termodinámica en profundidad. Es una magnitud que nos dice cuánto cambia la energía libre de un sistema cuando añadimos o quitamos una pequeña cantidad de sustancia manteniendo constantes algunas otras magnitudes termodinámicas, en termodinámica y en termodinámica estadística. En mi tesis calculé el potencial químico también de los iones alrededor del ADN y allí en silico, yo usaba simulación, utilizaba el método de la partícula de prueba que casi explica mejor lo que es esto del potencial químico más que la definición académica…
Juan Carlos Gil explica cómo la fugacidad del oxígeno afecta el comportamiento geoquímico del fósforo, haciéndolo más litófilo y conservándolo en el manto para su biodisponibilidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1fugacidad de oxígeno y potencial químicobustita como referencia geoquímicacondiciones oxidantes y fugacidad de oxígenonitrógeno y fósforo bioelementos fundamentalesfósforo metabolismo energético episodio 570nitrógeno componente fundamental de proteínasfósforo afín al núcleo en reductoresnitrógeno migra a silicatos del mantocomportamiento geoquímico fósforo nitrógenofugacidad del oxígeno y fósforo litófilobiodisponibilidad de fósforo en el mantonitrógeno versus oxígeno en diagramasbiodisponibilidad nitrógeno y fósforocondiciones redox formación planetariacompromiso tendencias opuestaszona de rizitos de orohabitabilidad química redoxdistribución fósforo nitrógeno silicatosmodelo diferenciación núcleo manto gilmidiendo condiciones presión temperatura…debido a la adición de esa partícula, en mi caso cargada, con las demás partículas reales Por supuesto esa partícula no seguía en la simulación, sino aquello explotaba, sino que simplemente calculaba la energía que suponía la adición de esa partícula, Calculaba el factor de Boltzmann y se hacía un promedio estadístico, y esto permitía estimar el potencial químico de exceso que se llama. Bueno, el caso es que la fugacidad de oxígeno, que es el término geoquímico, está relacionado con este potencial químico, de tal forma que cuanto mayor es esta fugacidad, más oxidantes son las condiciones; es fácil acordarse: más oxígeno, más oxidante, y cuanto menos, más reductoras. En el artículo utilizan una escala para esta fugacidad que denominan delta de IW, que es logarítmica; hay que tener cuidado con eso en las figuras, pero bueno, se entiende muy bien y que nada, es una medida de la disponibilidad de oxígeno que utiliza como referencia el equilibrio entre el hierro metálico que os definía antes y un metal. Esto es necesario, en geoquímica es habitual y el metal que utiliza es la bustita; que debe ser habitual, no lo conozco. Bueno, como os decía, en la pregunta científica los autores se fijaron en nitrógeno y fósforo, ambos bioelementos fundamentales; ambos forman parte de los ácidos nucleicos; ambos forman parte de procesos biológicos esenciales. El fósforo además es central, como sabéis, en el metabolismo energético. Hablé mogollón del fósforo en el episodio 570, mientras que el nitrógeno a nadie se le escapa es un componente fundamental de las proteínas. Pero, y aquí empieza lo interesante, su comportamiento geoquímico, su tendencia por el núcleo o por el manto, que es de lo que estamos hablando, resulta que la experimentan de manera opuesta. En entornos muy reductores, el fósforo tiene mayor afinidad por el metal y por tanto tiende a incorporarse al núcleo, mientras que el nitrógeno migra preferencialmente hacia los silicatos del manto, O sea, en unas condiciones más oxidantes, cuando la fugacidad del oxígeno es mayor, el fósforo se vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le ocurre lo contrario; esto se ve muy bien en un diagrama esquemático en la figura 1 del artículo. ¿Hay tendencias por tanto opuestas para la biodisponibilidad de nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redos en la formación del planeta? Bueno, pues cuando hay tendencias opuestas a menudo ocurre que existe un compromiso entre ambas, un intervalo ahí intermedio en el que en este caso ninguno de los dos elementos quedaría excesivamente secuestrado en el núcleo Una especie de zona de rizitos de oro, de nuevo, redox, ni demasiado reductora ni demasiado oxidante, adecuada para poder ser degustada En definitiva, la zona de, lo que llaman estos autores, la zona de habitabilidad química Pues para estudiar esto que os he introducido, los autores idean un modelo de diferenciación del núcleo-manto, muy sencillo. Parten de un montón de resultados publicados sobre cómo se distribuye el fósforo y el nitrógeno entre silicatos fundidos y hierro a distintas condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno. Eso se lleva midiendo desde hace cientos de años y. Es lo que aparece en el panel A de la figura 2, donde si lo miráis se ven extraordinariamente claras las tendencias opuestas porque aparecen dos bandas coloreadas formando una X. Y luego plantean un modelo muy sencillo basado en esos datos que parametrizan…
Juan Carlos Gil explica que el nitrógeno es difícil de retener en el manto debido a procesos de desgasificación que dependen de las condiciones redox.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8curva fósforo condiciones oxidantesdelta de iw-2 condición tipo tierracompromiso fósforo nitrógeno delta iw-2habitabilidad química de la tierraconcentraciones fósforo manto terrestremodelo reproduce concentración fósforoincertidumbres condiciones marcianasnitrógeno y procesos de desgasificacióncondiciones redox en el mantodesgasificación efectiva en condiciones oxidantespérdida de nitrógeno a la atmósfera…es lo que predice este modelo para un caso de referencia tipo Tierra, manteniendo fija la composición del planeta como os decía y una fracción de masa del manto similar a la terrestre: Este 70-30 que os decía antes y en el eje X varían las condiciones reales. La curva morada corresponde al fósforo, se ve que sube muy rápidamente a medida que las condiciones se hacen más oxidantes, que es a la derecha, y la curva azul es la del nitrógeno que hace justo lo contrario, disminuye. Azul y Morao, que ya les vale, se han lucido en la elección del colores, o sea, se necesita un buen rato y ampliar la figura para conseguir solamente distinguir los colores En fin, un comentario crítico, ya podrían haber utilizado otro par de colores Bueno, si veis la figura hay una banda en vertical que es de color verde alrededor de delta de IW-2 que es lo que los autores dicen que es tipo tierra, ¿vale? de Condición, semejante al núcleo tipo tierra y, o casualidad, es justo en esa banda donde se produce el compromiso entre ambas tendencias entre fósforo y nitrógeno. Hay suficiente fósforo retenido en el manto sin haber penalizado todavía demasiado al nitrógeno. Resumen de todo este rollo, según este modelo la Tierra se encuentra justito en esa especie de zona de ricitos de oro redox que anticipábamos antes, la zona de habitabilidad química Las dos líneas horizontales punteadas discontinuas que aparecen son las concentraciones observadas de verdad medidas en el manto terrestre de fósforo y nitrógeno se ve como el modelo reproduce razonablemente bien la concentración de fósforo observada en el manto terrestre han hecho otro cálculo para que esto no sea solamente mirándonos el ombligo con las condiciones de Marte y dentro de las incertidumbres también les sale bastante bien pero el modelo predice un orden de magnitud de nitrógeno más del que observamos y es que el nitrógeno es realmente puñetero porque no basta solo con retenerlo en el manto, se producen efectos de desgasificación que dependen además de forma acoplada también con las condiciones redos, o sea sería un proceso casi no lineal. En ambientes muy reductores parte de este nitrógeno puede quedar efectivamente retenido en los minerales del manto, pero en condiciones oxidantes la desgasificación es más efectiva y se puede perder a la atmósfera y no te cuento que eventualmente se puede perder al espacio, dependiendo de... De lo que le pasa al nitrógeno. Se preguntan a continuación los autores si es relevante la composición inicial del planeta, porque claro, no todos los planetas tienen por qué salir desde la casilla de salida con la misma proporción de nitrógeno y fósforo, y…
Juan Carlos Gil describe cómo los autores utilizan un catálogo llamado Hipatía para analizar la abundancia química de elementos en estrellas cercanas y su impacto en la composición de exoplanetas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5catálogo hipatía abundancia químicaratio fósforo-nitrógeno factor 15modelo spargaeren condiciones planetariasoxígeno fugacidad modelo exoplanetas…nitrógeno. Se preguntan a continuación los autores si es relevante la composición inicial del planeta, porque claro, no todos los planetas tienen por qué salir desde la casilla de salida con la misma proporción de nitrógeno y fósforo, y hacen algo que es muy Chulo. Utilizan un catálogo que se llama Hipatía, que recoge la abundancia química de estos elementos en estrellas cercanas y observan cómo hay una dispersión apreciable en el ratio fósforo-nitrógeno que varía aproximadamente en un factor de 15. Luego utilizan otro modelo publicado por un tal Spargaeren y colaboradores, que no sé si te suena Gastón; bueno, esto es geoquímica, que no tiene por qué ser tu campo. El caso es que a partir de condiciones estelares genera condiciones plausibles de planetas rocosos orbitándoles y no solo nitrógeno y fósforo sino la mayor parte de los elementos, también el oxígeno que necesitamos su fugacidad para el modelo. En resumen, que pueden aplicar su modelito a toda la población de exoplanetas que hemos visto y en las condiciones redox que hemos explorado en la figura 2. Y resumiendo, el resultado. Es que para el nitrógeno en la concentración que queda en el manto varía menos de un orden de magnitud. Bueno, no varía demasiado dependiendo del tipo de estrella, pero para el fósforo sí. Dependiendo del tipo de estrella, la concentración de fósforo en el…
Juan Carlos Gil reflexiona sobre la posición de la Tierra en relación con otros planetas, destacando su favorable biodisponibilidad de fósforo y nitrógeno a pesar de no ser un sistema solar especialmente rico en estos elementos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #18biodisponibilidad fósforo tierrasistema solar fósforo nitrógenocondiciones planeta fósforo neutrógenomundos reductores fósforo secuestrado…tenemos otra cosa de momento, utiliza ciegamente la proporción de elementos ligeros, ligeros no, pesados en la estrella para luego hacer sus cálculos de nubes moleculares y demás, al menos en planetas y al menos en planetas rocosos, esto apunta a otro sitio. Así que la Tierra se encuentra aparentemente en una región especialmente favorable, sobre todo en lo que respecta al fósforo. Lo curioso es que nuestro sistema solar no parece ser especialmente bendecido por la cantidad de fósforo y nitrógeno. Parecemos bastantes anodinos, pero eso, las condiciones en las que se ha formado nuestro planeta, pues ha permitido la biodisponibilidad de fósforo y neutrógeno. Puede haber otros mundos más reductores, bueno, pues que el fósforo quede secuestrado eso en el núcleo y no haya forma de hacer bichitos con ATP. Vete tú a saber si encontrarían, claro, mecanismos alternativos. Y hay otra cosa que mencionan por encima. Pero también es relevante; esto no significa necesariamente que estos planetas en los que el fósforo queda en el núcleo estén condenados a vagar por el espacio como yermos, parajes, eternos sin bichitos, porque el fósforo podría llegar después. Sabemos que…
Juan Carlos Gil continúa su análisis sobre un artículo científico, explicando cómo la formación del planeta influye en la cantidad de elementos esenciales para la vida presentes en sus capas exteriores.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #15formación del planeta y elementos esencialesfugacidad de oxígeno en mundos habitablescondiciones redox inicio del planetabiosfera accesible a la vida terrestre…la nube y ver cuánto fósforo y cuánto nitrógeno hay ahí porque puede ser toda, podría ser que cómo se forma el planeta sea todavía más importante que cuánto de estos elementos habría al principio. Y bueno, la Tierra parece haberse formado en unas condiciones. particularmente favorables dentro de al menos del modelo oeste en la que una cantidad suficiente de elementos esenciales ha permitido, ha permanecido accesible a la biosfera Así que cuando busquemos mundos capaces de albergar vida no nos va a bastar con mirar si están en la zona habitable del planeta, si podrían tener un área en esfera, ni siquiera cuál es su composición global También convendría, si es posible, parece difícil, pero al menos tratar de estimar la fugacidad de oxígeno, las condiciones redos en el inicio del planeta y así saber hasta qué punto estos bioelementos han conseguido migrar A la larga lista de golpes de suerte que hemos tenido en la Tierra, es el único punto que conocemos, pues quizá haya que añadir uno más y es que cuando todavía éramos un océano de magma, pues algunos de Los elementos esenciales acabaron simplemente por estos mecanismos en el lugar adecuado para que luego pudiésemos aprovecharlo o no, y así es la ciencia, poquito a poquito. Y pues hasta aquí lo que os quería contar.…