Geological evidence of extensive N-fixation by volcanic lightning during very large explosive eruptions

Abstract

La mayor parte del nitrógeno (N) accesible para la vida está atrapado en el dinitrógeno (N 2 ) , la molécula atmosférica más estable. Para ser metabolizado por los organismos vivos, el N 2 debe convertirse en formas biológicamente asimilables, el llamado N fijo. Hoy en día, casi toda la fijación del N se logra mediante procesos biológicos y antropogénicos. Sin embargo, en los primeros ambientes prebióticos de la Tierra, la fijación de N debe haber ocurrido mediante procesos abióticos naturales . Uno de los procesos más invocados son las descargas eléctricas , incluidas las de tormentas eléctricas y relámpagos asociados con erupciones volcánicas. A pesar de la frecuente aparición de relámpagos volcánicos durante las erupciones explosivas y de los convincentes experimentos de laboratorio, no se había encontrado evidencia de una fijación sustancial de N en ningún archivo geológico. Aquí, informamos sobre el descubrimiento de una cantidad significativa de nitrato en depósitos volcánicos de erupciones formadoras de calderas neógenas , que están bien correlacionadas con las concentraciones de especies emitidas directamente por los volcanes (azufre, cloro). La composición multiisotópica (δ18O, Δ17O) de los nitratos revela que se originan a partir de la oxidación atmosférica de los óxidos de nitrógeno formados por rayos volcánicos . Según este primer archivo geológico de nitratos volcánicos, estimamos que, en promedio, se pueden fijar alrededor de 60 Tg de N durante un gran evento explosivo. Nuestros hallazgos sugieren un papel único que potencialmente desempeñan las erupciones explosivas subaéreas en el suministro de elementos esenciales para el surgimiento de la vida en la Tierra.