Biology and extraterrestrial life

Frequently we can read on the news newly discovered planets that could harbor extraterrestrial life. Often we have new information about Mars, other worlds with water and extremely resistant living beings, like tardigrades. But is life possible outside the Earth? What is life? What is needed to sustain life? Astrobiology tries to answer this questions. Do you want to find out more?

ASTROBIOLOGY AND EXOBIOLOGY

Astrobiology is a set of different scientific disciplines that studies the existence of life in the universe. To achieve this it combines knowledge of biology, physics, chemistry, astronomy, ecology, geography, geology, planetary science and molecular biology. Within astrobiology, exobiology studies the possibilities of life outside our planet. It should not be confused with ufology, a pseudoscience. Astrobiology tries to answer such exciting questions as:
– What is life?
– How did life appear on Earth?
– How does life evolve, and what is its adaptability?
– What is the future of life on Earth and other places?
– Is there life in other worlds?

No, neither is this a Martian nor is it astrobiology. Source: Quo

WHAT IS LIFE?

Although it seems like a banal question, life is not easy to define. Apparently, we can recognize if something is alive or not if it can perform certain functions and has certain features. Living beings have vital functions:

• Nutrition: they can obtain energy from the environment to grow, survive and reproduce.
• Reproduction: they can create copies similar to themselves.
• Interaction: they can perceive what is going on the environment and inside themselves.
• Organization: living beings are formed by one or more cells
• Variation: variability between individuals allows species to evolve.

Problems begin when with beings that don’t have all the characteristics. The most classic example would be viruses: they are unable to reproduce on their own and lack cellular structure. Another example would be erythrocytes (red blood cells) of mammals, cells without genetic material or mitochondria.

Microphotography of the Ebola virus under electronic microscope (Public photo of the CDC)

WHAT IS NEEDED FOR LIFE TO EXIST?

We only know one type of life: the terrestrial one. This is why astrobiologists need to take it as a reference to know what to look for elsewhere. Could there be other forms of life different than terrestrial? Maybe, but it would be almost impossible to recognize them. If you do not know what you are looking for, you may find it but do not realize it.

It is considered that in order for life to appear and develop, it is necessary:

• A liquid where chemical reactions take place: on Earth, it is water.
• An element with ease to form stable compounds: on Earth, it is carbon.
• A source of energy: on Earth, it is the Sun.

We are looking for planets or satellites with these characteristics, although other possibilities such as liquid methane (in the case of Titan, a satellite of Saturn), ethane, sulfuric acid, ammonia or acetic acid as solvent are being considered. Life-based on other elements such as silicon, it is a recurring topic in science fiction stories.

Artistic representation of Titan’s methane lakes. Credit: Steven Hobbs

WHAT IS NEEDED TO SUSTAIN LIFE?

The celestial body has to fulfill a series of characteristics so that life can be sustained:

• An abundance of chemical elements such as carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen to form organic compounds.
• The planet/satellite has to be within the habitability area of its star (orbiting at a distance that allows a temperature suitable for life).

Habitability area (green) according to the temperature of the star. Red: too hot, blue: too cold. Source: NASA / Kepler / D Mission. Berry

• A source of energy enough to maintain the temperature and allow the formation of complex molecules.
• An appropriate gravity to keep an atmosphere and not crush the living beings of the planet.
• A magnetic field to divert the radiation incompatible with life.

The Earth’s magnetic field protects life from the solar wind. Source: ESA

In our Solar System, the candidates that possibly fulfill these characteristics are Mars, Europe and Ganymede (satellites of Jupiter), Enceladus and Titan (satellites of Saturn) and Triton (satellite of Neptune).

WHY CARBON?

Living beings are formed by cells, and if we reduce the scale, by molecules, and atoms (like all matter). Why is life-based on carbon?

In fact, in the constitution of organisms 26 elements are involved, but 95% of living matter consists of carbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), oxygen (O), phosphorus (P) and sulfur (S). We can imagine them as the “bricks of life”: by combining these building blocks, we can obtain complex organisms. These bricks can be joined to others by covalent bonds. Metaphorically, atoms can be imagined as spheres with hands which can be grasped by other hands. For example, the main energy source molecule for all living things is ATP (Adenosine triphosphate, C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃).

Schematic representation of carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and phosphorus atoms and their valences (possible bonds). Own production based on figure 6.3 of “Life in space” (see references)

The candidate element to sustain life would have to be an abundant element able to form a great amount of bonds with itself and with other elements. The 5 most abundant elements in the universe:

• Helium: does not form compounds
• Hydrogen and oxygen: they have 1 and 2 hands: they can only form very simple compounds
• Nitrogen: can bind to 3 atoms, but no chains of several nitrogen atoms are known.
• Carbon: it has 4 hands so it can be strongly bonded to other carbons with single, double, or triple bonds. This allows it to form long chains and three-dimensional structures and can still join to other atoms. This versatility allows constructing molecules chemically active and complex, just the complexity that makes life possible.

DNA chemical structure where we can see the importance of carbon bonding to form rings and chains. Source

Could there be life in another place based on a different atom?

ALTERNATIVES TO CARBON

SILICON EXTRATERRESTRIALS

Since establishing 4 links is so useful, silicon is the first candidate for biologists and science fiction writers, even if it is not as abundant as carbon. Silicon (Si) can also form 4 bonds and is abundant on rocky planets like Earth, but …

• The Si-Si bond is quite weak. In an aqueous medium, life based on silicon would not be sustained for a long time as many compounds dissolve in it, although it could be possible in another medium, such as liquid nitrogen (Bains, W.).
• It is very reactive. Silane, for example (one silicon atom bonded to 4 hydrogens) spontaneously ignites at room temperature.
• It is solid at most temperatures. Although it can easily form structures with oxygen (silica or silicon dioxide), the result is almost always a mineral (quartz): too simple and only reacts molten at 1000ºC.
• It does not form chains or networks with itself, due to its greater size compared to carbon. Sometimes it forms long chains with oxygen (silicones), that perhaps could be joined to other groups to form complex molecules. The alien of the movie Alien has silicone tissues. The beings formed by silicones would be more resistant, which leads to speculate what kind of extreme conditions they could withstand.

Horta, a silicon-based form of life featured in the science fiction series Star Trek. Source

NITROGEN AND PHOSPHORUS EXTRATERRESTRIALS

Let’s look at some characteristics of nitrogen and phosphorus:

• Nitrogen: can only form 3 bonds with other molecules and is poorly reactive.
• Phosphorus: its bonds are weak and multiple bonds uncommon, although it can form long chains. But it is too reactive.

By combining the two, stable molecules could be obtained, but the beings based on nitrogen and phosphorus would have other problems: the nitrogen compounds, from which they would have to feed, are not abundant in planets and the biological cycle would not be energetically favorable.

BORON, SULFUR AND ARSENIC EXTRATERRESTRIALS

The most unlikely biochemistries could be based on these elements:

• Boron: can form long chains and bind to other elements such as nitrogen, hydrogen or carbon
• Sulfur: can form long chains, but because of its size is highly reactive and unstable.
• Arsenic: is too large to form stable compounds, although its chemical properties are similar to those of phosphorus.

In 2010, the journal Science published a scientific research in which researchers claimed to have discovered a bacterium (GFAJ-1) capable of living only in arsenic, lethal to any living being. It broke the paradigm of biology by not using phosphorus (remember ATP and DNA structure) and opened up new study lines for astrobiology. In 2012, two independent investigations refuted the theory of researcher Felisa Wolfe-Simon and his team. Phosphorus remains essential for organisms to live and develop on Earth.

GFAJ-1 bacterium. Source

At the moment, these hypothetical biochemistries are nothing more than speculations, so astrobiologists are still looking for carbon-based life, although we already know that science never ceases to amaze us. Although we could identify life based on other elements if we ever find extraterrestrial life (or vice versa) the revolution will be so great that it won’t matter if they are carbon-based beings.

REFERENCES

• Mix, L.J. 2010. La vida en el espacio. Ed. Crítica
• Giménez A., Gómez, J., Rodríguez E. , Martín, D. (Coordinadores). Astrobiología: sobre el origen de la vida en el universo. 2011, CSIC.
• MOOC notes Astrobiology and search for extraterrestrial life. Edimburgh University.
• Superlife: el silicio orgánico
• Cover picture (Face hugger based in Alien movie)

 

SaveSaveSaveSaveSaveSave

SaveSaveSaveSave

SaveSave

SaveSave

Biologia i vida extraterrestre

Freqüentment apareixen noves notícies sobre planetes de recent descobriment que podrien albergar vida extraterrestre. L’avenç científic no para de llançar nova informació sobre Mart, altres móns amb aigua i éssers vius extremadament resistents, com els tardígrads. ¿Però podria existir la vida fora de la Terra? Què és la vida? Què es necessita perquè es mantingui? D’això se n’encarrega l’astrobiologia. Coneix-la!

ASTROBIOLOGIA I EXOBIOLOGIA

L’astrobiologia és un conjunt de diferents disciplines científiques que estudia l’existència de la vida a l’univers. Combina coneixements de biologia, física, química, astronomia, ecologia, geografia, geologia, ciència planetària i biologia molecular. Dins de l’astrobiologia, l’exobiologia estudia científicament les possibilitats de vida fora del nostre planeta. Cal no confondre-la amb la ufologia, una pseudociència. L’astrobiologia intenta respondre a preguntes tan apassionants com:
– ¿Què és la vida?
– Com va aparèixer la vida a la Terra?
– Com evoluciona, es desenvolupa la vida i quina és la seva adaptabilitat?
– Quin és el futur de la vida a la Terra i altres llocs?
– Existeix vida en altres móns?

No, ni això és un marcià ni es astrobiologia. Font

QUÈ ÉS LA VIDA?

Encara que sembli una pregunta banal, la vida no és fàcil de definir. Aparentment podem reconèixer si els éssers són vius o no si realitzen certes funcions i posseeixen certes característiques:

• Nutrició: obtenen energia de l’exterior per mantenir el seu medi intern constant (homeòstasi).
• Reproducció: poden crear còpies de si mateixos
• Relació: es relacionen amb el medi i altres éssers vius
• Organització: els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules.
• Variació: la variabilitat entre individus permet a les espècies evolucionar.

Els problemes comencen quan trobem éssers que no compleixen totes les característiques. L’exemple més clàssic serien els virus: són incapaços de reproduir-se per si mateixos i no tenen estructura cel·lular. Un altre exemple serien els eritròcits (glòbuls vermells) de mamífers, cèl·lules sense material genètic ni mitocondris.

Microfotografia amb microscopi electrònic del virus de l’Èbola (Foto pública de la CDC)

QUÈ ES NECESSITA PER QUE EXISTEIXI VIDA?

Només coneixem un tipus de vida: el terrestre. És per això que els astrobiòlegs necessiten prendre-ho com a referència per saber què buscar en altres llocs. Podrien existir altres formes de vida diferents a les terrestres? Potser, però seria gairebé impossible reconèixer-les. Si no saps què busques, pot ser que ho trobis però no te n’adonis.

Es considera que perquè aparegui i es desenvolupi la vida es necessita:

• Un líquid on tinguin lloc reaccions químiques: a la Terra, és l’aigua.
  
• Un element amb facilitat per formar compostos estables: a la Terra, és el carboni.
  
• Una font d’energia: a la Terra, és el Sol.

Partint d’aquesta base, es busquen planetes o satèl·lits amb aquestes característiques, tot i que no es descarten altres possibilitats com metà líquid (és el cas de Tità, satèl·lit de Saturn), età, àcid sulfúric, amoníac o àcid acètic com a solvent, o formes de vida basades en altres elements com el silici, una constant en relats de ciència-ficció.

Representació artística dels llacs de metà de Tità. Crèdit: Steven Hobbs

QUÈ ES NECESSITA PERQUÈ ES MANTINGUI LA VIDA?

El cos celest en qüestió també ha de complir una sèrie de característiques perquè la vida es pugui mantenir:

• Abundància d’elements químics com el carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen per formar compostos orgànics.
  
• Que el planeta/satèl·lit es trobi dins de la zona d’habitabilitat de la seva estrella. Resumidament, que orbiti a una distància que permeti unes temperatures ni molt altes ni molt baixes.

Zona d’habitabilitat (verd) segons la temperatura de l’estrella. Vermell: massa calenta, blau: massa fred. Font: NASA / Missió Kepler / D. Berry 

• Una font d’energia suficient per mantenir la temperatura i permetre la formació de molècules complexes.
• Una gravetat adequada per mantenir una atmosfera i no aixafar als éssers vius del planeta
• Que el planeta tingui un camp magnètic per desviar la radiació incompatible amb la vida provinent de la seva estrella.

El camp magnètic terrestre protegeix la vida del vent solar. Font: ESA

 En el nostre Sistema Solar, els candidats que possiblement compleixen aquestes característiques són Mart, Europa i Ganimedes  (satèl·lits de Júpiter), Encèlad i Tità (satèl·lits de Saturn) i Tritó (satèl·lit de Neptú).

PER QUÈ EL CARRBONI?

Els éssers vius estem formats per cèl·lules, i aquestaes al seu torn, si anem reduint la escala, de molècules i àtoms (com tota la matèria). Per què la vida està basada en el carboni?

En realitat, en la constitució dels organismes intervenen 26 elements, però el 95% de la matèria viva es compon de carboni (C), hidrogen (H), nitrogen (N), oxigen (O), fòsfor (P) i sofre (S). Podem imaginar-los com els “maons de la vida”: combinant aquestes peces bàsiques, podem obtenir organismes complexos. Aquests maons poden unir-se a altres mitjançant enllaços covalents. Metafòricament, els àtoms els podem imaginar com esferes amb mans els quals es poden agafar a altres mans lliures. Per exemple, la principal molècula de font d’energia per a tots els éssers vius és l’ATP (trifosfat d’adenosina), de fórmula C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃.

 

Representació esquemàtica dels àtoms de carboni, hidrogen,oxigen, nitrogen, fòsfor i les seves valències (enllaços possibles). Producció pròpia basada en la figura 6.3 de “La vida en el espacio” (veure referències)

 

L’element candidat a sustentar la vida hauria de ser un element abundant, capaç de formar gran quantita td’enllaços am si mateix i amb altres elements. Dels 5 elements més abundants a l’univers:

• Heli:  no forma compostos.
• Hidrogen i oxigen: tenen 1 i 2 mans, de manera que només poden formar compostos molt senzills.
  
• Nitrogen: pot unir-se a 3 àtoms, però no es coneixen cadenes de diversos àtoms de nitrogen.
• Carboni: té 4 mans, per la qual cosa pot unir-se fortament amb altres carbonis amb enllaços simples, dobles, o triples. Això li permet formar cadenes llarguíssimes i estructures tridimensionals i encara li poden “sobrar” mans amb les quals unir-se a nitrogen, oxige, sofre, fòsfor i hidrogen. Aquesta versatilitat permet construir molècules químicament actives i complexes, justament la complexitat que fa possible la vida.

Estructura química de l’ADN, on es pot observar la importància de la capacitat del carboni de formar llargues cadenes i anells. Font

Podria haver vida en un altre lloc basada en un àtom diferent?

ALTERNATIVES AL CARBONI

EXTRATERRESTRES DE SILICI

Com establir 4 enllaços és tan útil, el silici és el primer candidat pel qual aposten astrobiòlegs i escriptors de ciència ficció, encara que no sigui tan abundant com el carboni. El silici (Si) també pot formar 4 enllaços i és abundant en planetes rocosos com la Terra, però…

• L’enllaç Si-Si és bastant feble. En un medi aquós, la vida basada en silici no es mantindria durant molt de temps ja que molts compostos es dissolen en ella, encara que podria ser possible en un altre mitjà, com nitrogen líquid (Bains, W.).
• És molt reactiu. El silà per exemple (equivalent del metà, però enlloc de carboni amb un àtom de silici) crema espontàniament a temperatura ambient.
• És sòlid a la majoria de temperatures. Forma molt fàcilment estructures amb l’oxigen (sílice o diòxid de silici), però el resultat gairebé sempre és un mineral (quars): massa simple i només reacciona fos a 1000ºC.
• No forma cadenes ni xarxes amb si mateix, per la seva major grandària respecte el carboni. De vegades forma cadenes llargues amb oxigen (silicones), a les que potser es podrien unir a altres grups per formar molècules complexes. Justament l’extraterrestre de la pel·lícula Alien, el vuitè passatger posseeix teixits de silicona. Els éssers formats per silicones serien més resistents, la qual cosa porta a especular quin tipus de condicions extremes podrien suportar.

Horta, una forma de vida basada en el silici apareguda a la sèrie de ciència ficció Star Trek. Font

EXTRATERRESTRES DE NITROGEN I FÒSFOR

Vegem algunes característiques del nitrogen i fòsfor per separat:

• Nitrogen: només pot formar 3 enllaços amb altres molècules i és poc reactiu.
• Fòsfor:  els seus enllaços són febles i els enllaços múltiples poc comuns, encara que pot formar llargues cadenes. El problema és que és massa reactiu.

Combinant els dos, es podrien obtenir molècules estables, però els éssers basats en nitrogen i fòsfor tindrien altres problemes: els compostos de nitrogen, dels quals haurien d’alimentar-se, no es troben en suficient quantitat en els planetes i el cicle biològic no seria favorable energèticament parlant.

EXTRATERRESTRES DE BOR, SOFRE I ARSÈNIC

Les bioquímiques més improbables podrien basar-se en aquests elements:

• Bor: pot formar cadenes llargues i unir-se a altres elements com el nitrogen, hidrogen o carboni.
• Sofre: pot formar cadenes llargues, però per la seva grandària és altament reactiu i inestable.
• Arsènic: és massa gran pa ra formar compostos estables, tot i que les seves propietats químiques són semblants a les del fòsfor.

El 2010, la revista Science va publicar un estudi en el qual s’afirmava haver descobert un bacteri (GFAJ-1) capaç de viure només d’arsènic, letal per a qualsevol ésser viu. Trencava el paradigma de la biologia en no fer servir el fòsfor (recordeu l’ATP i l’estructura de l’ADN) i obria noves vides d’estudi per a l’astrobiologia. El 2012, dues investigacions independents refutaven la teoria de la investigadora Felisa Wolfe-Simon i el seu equip. El fòsfor segueix sent essencial perquè els organismes puguin viure i desenvolupar-se en la Terra.

El bacteri GFAJ-1. Font

De moment, aquestes bioquímiques hipotètiques no són més que especulacions, de manera que els astrobiòlegs continuen buscant vida basada en el carboni, encara que ja sabem que la ciència mai ens deixa de sorprendre. Encara que poguéssim identificar vida basada en altres elements, si algun dia trobem vida extraterrestre (o viceversa) la revolució serà tan gran que encara que sigui basada en el carboni, donarà molt que parlar.

REFERÈNCIES

• Mix, L.J. 2010. La vida en el espacio. Crítica
• Giménez A., Gómez, J., Rodríguez E., Martín, D. (Coordinadors). Astrobiología: sobre el origen de la vida en el universo. 2011, CSIC.
• Apunts del curs L’astrobiologia i la recerca de vida extraterrestre . Universitat d’Edimburg
• Superlife: el silicio orgánico
• Foto de portada (Face hugger basat en la pel·lícula Alien)Save </ span>  

SaveSave

SaveSave

SaveSave

SaveSave

SaveSave

Lack of phosphorus puts global food security at risk

Phosphorus (P) is an indispensable element for life on Earth. Essential structures for any organism like DNA or RNA contain this element, and plants can not perform photosynthesis without it. Because of this, crops require huge amounts of phosphorus to meet the standards of efficiency and productivity needed to feed an ever-growing human population. However, this is a limiting and finite resource, and the predictions are not promising: reserves will be depleted in about 100-150 years. That will lead to significant geopolitical problems still unimaginable because, apart from the ephemeral nature of this resource, there is the fact that 90% of stocks are in the hands of only 6 countries. Conflict is served.

INTRODUCTION

Anyone who has ever had to buy fertilizer will recognize this sequence: N-P-K (nitrogen, phosphorus, potassium). They are the most used nutrients for gardening and plant production in general. Without them, plants do not grow or can not develop enough to persist in the long term. Of the three main nutrients, potassium is the most abundant in the earth’s crust (representing approximately 2.4% of the earth’s surface by weight), especially in ancient seabed and lakebeds, as well as being the most available for plants. On the other hand, nitrogen in its gaseous form is extremely abundant (78.1% of the air around us is molecular nitrogen), but not their molecules in solid form, which are usually scarce due to their high mobility throughout the soil. However, thanks to the Haber-Bosch process (which lead researchers to win the Nobel Prize in Chemistry), solid nitrogen (in the form of ammonia) was produced from gaseous nitrogen, leading to a high availability of this inorganic fertilizer.

Friz Haber (right) with a scientist who manipulates the Haber-Bosch method. This way of extracting the atmospheric nitrogen and turning it into ammonia is considered, by many scientists and historians, as the most important invention of the modern history. Without it, the world would not have been able to afford even half of the current food demand. Source: el juicio de fritz haber.

THE PHOSPHORUS CASE

Phosphorus, however, is the third party in discordance. Essential for life, it is the main component of DNA, RNA, ATP (the energy used in cellular processes) and phospholipids, which cover cell membranes. It is present in the bones and is involved in almost any animal biological process. In addition, it is imperative for plant growth: without phosphate, photosynthesis can not be carried out. The biggest problem with phosphorus is that it is not free in nature. Plants and, in general, all organisms, satisfy their phosphorus needs thanks, mainly, to another living organism: animals, from plants and, these, from animal residues or their corpses, which release the Phosphate in the decomposition process. In fact, the most important fertilizers until the arrival of inorganic fertilizers, already in the twentieth century, were the excrements and urine of farm animals, which contain a large amount of phosphorus, in addition to the other elements already mentioned. However, as a result of the Haber-Bosch invention and the increase in food demand as a result of population growth, phosphorus deposits, which are in the form of minerals and are actually scarce in the earth’s crust, began to be exploited.

Guano accumulated on an islet of Peru. Guano, together with excrements and urine from farm animals, was an important source of phosphorus until the 20th century. This substrate, formed from continuous depositions of seabirds, seals and bats, is still very much appreciated even today, especially in organic farming. Source: Hiding in Honduras.

 

A SCARCE, IRREPLACEABLE, AND BAD-USED RESOURCE

Phosphorus is an irreplaceable and non-synthesizable resource. Reserves are finite and are being wasted, since much of the fertilizer applied is not assimilated by plants and, through the soil, ends up in the sea or in the lakes, where they unbalance the ecosystems. Being such a scarce resource, it is often the limiting resource in most ecosystems. For that reason, an overfertilization of phosphorus is often exploited by autotrophic algae to grow uncontrollably, which, in many cases, causes blooms that can generate important animal, economic and environmental losses.

Extension of the vegetation of the Mar Menor (Murcia) in 2014 and 2016. 85% of the vegetation has died in less than two years, due to strong phenomena of eutrophication, in which phosphorus has played a key role. The excess of nutrients allows algae proliferation, which end up causing difficulties of light infiltration which, in turn, preclude phothosynthesis, causing the death of plants. Source: El País.

6 COUNTRIES CONTROL WORLDWIDE PRODUCTION

The United States Geological Survey (USGS) has estimated the world’s reserves of phosphorus at 71 billion tonnes. 90% of these are in the hands of 6 countries: Morocco (where, according to the USGS, 75% of the world’s mineral reserves are found there), China, Algeria, Syria, South Africa and Jordan. However, United States and, specially, China (accounting for 47% of world phosphate production), are the countries that are currently extracting more phosphorus from their deposits. This production has been increasing in the last years, and it will go to more in the coming decades. According to this recent article by Nature, it will be necessary to double, by the year 2050, the use of phosphate fertilizers to meet the demand of food, in a world where there will already be 9,000 million humans. But, by then, more than half of the phosphorus in the reservoirs will have been used. This study warned of the possibility that we were reaching the peak of phosphorus production, although new calculations estimate their peak around the year 2040. In any case, if we continue with the current production, the reserves will be depleted in no more than 100 years.

World phosphate rock reserves by country. Morocco capitalizes on reserves, followed by China and Algeria. Around 90% of the world’s phosphorus reserves are found in Africa, which predicts a future in which this continent will play a very important role in the negotiations for this finite resource. Source: WRForum.

GEOPOLITICS ENTERS INTO THE SCENE

A symptom of the potential shortage of phosphorus in the not too distant future is the rise in phosphorus prices that has been observed recently due to rising demand. Between 2007 and 2008 the price of phosphate tons increased threefold from 2005 values, and cost up to 9 times more than in the 1970s. In addition, it has been estimated that by 2035 phosphorus demand will exceed supply, what will cause an increased prices and, with them, political tensions. No stranger to it, many countries are working on ensuring a supply of this valuable resource for a few more decades. China, for example, which is now the largest producer (what does not mean the holder of the largest reserves) has begun to impose 135% tariffs on its exports. The United States, on the other hand, has signed a bilateral free trade agreement with Morocco, which gives it the rights to exploit their long-term phosphate deposits. Taking into account that most of Morocco’s phosphate reserves are in Western Sahara (a region that has fought for its independence since its occupation in 1975), it is not surprising that the United States has always supported Morocco in the United Nations Security Council, vetoing any proposal in favor of the independence of Western Sahara.

Rise of prices of different phosphate minerals. Prices are expected to rise in the coming decades, as phosphate deposits are depleted. Source: USDA.

Estimation of the evolution of phosphoric rock production and the moment when it will reach the peak of production. Many scientists agree that reserves will last between 60 and 130 years. Source: Cordell et al., 2009.

THE SOLUTION IS TO GO BACK TO THE ROOTS

According to the latest estimates, phosphorus deposits will be depleted, affecting crops around the world. This decline in food production will have a global repercussion, especially in the poorest countries, the most susceptible to a possible decrease in food production. Failing to establish measures to reduce global population, the lack of phosphorus combined with climate change will lead to tense relations between many countries, leading to geopolitical conflicts on a global scale.

According to Metson et al. (2016) a plant-based diet would help to reduce the phosphorus demand. According to their calculations, a vegetarian person requires approximately 4 kg of phosphate rock per year, almost 3 times less than a meat-based diet, which consumes about 11.8 kg of phosphorus per year. Source: Jeremy Keith.

For that reason, the main solution is to use phosphorus in a more rational way and to recycle it as much as possible. Today, around 80% of phosphorus is lost between the exploitation of the mineral, its transport and its application in the fields, which requires us to make a more sustainable use of this resource. However, the world food security will only be able to mantain its production by recycling. The main proposal would be to return to the beginning: to collect human excrets and urine, generated in cities and towns, to recover all that phosphorus that, in other conditions, would end up in the aquatic environment. Approximately 100% of the phosphorus consumed by mankind through food is excreted in excrets and urine. Collecting it would be like a double-edged sword: on the one hand we would satisfy the phosphorus demand of the crops and, on the other hand, we would avoid the eutrofization of waters due to the excess of these nutrients. Furthermore, a change in diet, prioritizing vegetables instead of meat, would reduce the demand of phosphorus between 20 and 45%, according to Cordell et al. (2009). Other solutions include the recovering of the use of manure in more rural and less-technological areas and promoting the composting of food waste in households, factories and commercial establishments. Finally, a waste from wastewater treatment plants, called struvite (magnesium ammonium phosphate) could help to fertilize the fields in an effectively and cleanly way.

Struvite ore, like the one from the image, is obtained spontaneously in sewage treatment plants. Although it causes obstruction problems in the water treatment plant pipes due to its crystallization, it could be used as a clean fertilization system that would provide phosphorus, nitrogen and magnesium. Source: Creative Commons.

The madness begun at the beginning of the 20th century with the exploitation of the phosphoric rock to produce food in great quantity is almost over, and this requires us to adapt our crops and, perhaps, our way of life, to a future that will have to drink a lot of the proceedings carried out in the past. There is a need for a change of mentality, centered on a reduction of the world population and on a major sustainability of natural resources, if we really want to guarantee a world where no one is hungry.

REFERENCES

• IAGUA
• CREAF
  
• Mother Jones
  
• USGS
  
• Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
• Greenfacts
• Ecoavant
• Usaid
• Cordell, D., Drangert, J-0. & White, Stuart. (2009) The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change, 19, 292-305.

• Metson, G. S., Cordell, D. & Ridoutt, B. (2016) Potential Impact of Dietary Choices on Phosphorus Recycling and Global Phosphorus Footprints: The Case of the Average Australian City. Frontiers in Nutrition, 3, 35.

• Cover picture: Flickr, jimmy brown

  

La manca de fòsfor posa en risc la seguretat alimentària mundial

El fòsfor (P) és un element indispensable per a la vida a la Terra. Estructures imprescindibles per a qualsevol ésser viu com l’ADN o ARN contenen aquest element, i les plantes no poden realitzar la fotosíntesi sense ell. A causa d’això, els cultius requereixen d’ingents quantitats de fòsfor per complir els estàndards d’eficiència i productivitat necessaris per alimentar una població humana que creix sense parar. No obstant això, aquest és un recurs limitant i finit, i les prediccions no són favorables: les reserves s’esgotaran en uns 100-150 anys. Això comportarà importants problemes geopolítics encara per imaginar ja que, unit a aquest caràcter efímer d’aquest recurs, se suma el fet que el 90% de les existències estan en mans de tan sols 5 països. El conflicte està servit.

INTRODUCCIÓ

Qualsevol persona que hagi hagut de comprar alguna vegada fertilitzant reconeixerà aquesta seqüència: N-P-K (nitrogen, fòsfor, potassi). Són els nutrients més utilitzats per a jardineria i producció vegetal en general. Sense ells, les plantes no creixen o no aconsegueixen desenvolupar-se prou com per persistir a llarg termini. Dels tres nutrients principals, el potassi és el més abundant a l’escorça terrestre (representa aproximadament el 2.4% de la superfície terrestre en pes) sobretot en antics llits marins i lacustres, a més de ser el més disponible per a les plantes. D’altra banda, el nitrogen, en la seva forma gasosa, és extremadament abundant (el 78.1% de l’aire que ens envolta és nitrogen molecular) però no així les seves molècules en forma sòlida, que solen ser escasses a causa de la seva alta mobilitat a través del sòl. No obstant això, gràcies al Procés de Haber-Bosch (desenvolupat pels investigadors que li donen el nom, guanyadors del Nobel de Química) es va aconseguir produir nitrogen sòlid (en forma d’amoníac) a partir del nitrogen gasós, propiciant una gran disponibilitat d’aquest fertilitzant inorgànic.

Friz Haver (dreta) al costat d’un científic que manipula el mètode d’Haber-Bosch. Aquesta manera d’extreure el nitrogen atmosfèric i convertir-lo en amoníac és considerat, per molts científics i historiadors, com l’invent més important de la història moderna. Sense ell, el món no hauria pogut suportar ni la meitat de la demanda alimentària actual. Font: el jucio de friz haber .

EL CAS DE L’FÒSFOR

El fòsfor, però, és el tercer en discòrdia. Essencial per a la vida, és el component estrella de l’ADN, ARN, ATP (l’energia utilitzada en els processos cel·lulars) i dels fosfolípids, que revesteixen les membranes cel·lulars. Està present en els ossos i intervé en gairebé qualsevol procés biològic animal. A més, és imprescindible per al creixement de les plantes: sense fosfat, la fotosíntesi no es pot dur a terme. El problema més gran del fòsfor és que no es troba lliure en la naturalesa. Les plantes i, en general, tots els éssers vius, satisfan les seves necessitats de fòsfor gràcies, principalment, a un altre organisme viu: els animals, de les plantes i, aquestes, dels residus dels animals o dels seus cadàvers, que alliberen el fosfat en el procés de descomposició. De fet, els fertilitzants més importants fins a l’arribada dels fertilitzants inorgànics, ja al segle XX, van ser els excrements i l’orina dels animals de granja, que contenen gran quantitat de fòsfor, a més dels altres elements ja esmentats. No obstant això, arran de l’invent de Haber-Bosch i l’augment de la demanda d’aliments a conseqüència del creixement poblacional, es van començar a explotar els jaciments de fòsfor, que es troben en forma de minerals i que són realment escassos en l’escorça terrestre.

Guano acumulat en un illot de Perú. El guano, juntament amb els excrements i l’orina dels animals de granja, va ser una important font de fòsfor fins al segle XX. Aquest substrat, format a base de deposicions contínues d’aus marines, foques i ratpenats, segueix sent molt apreciat fins i tot avui dia, especialment en l’agricultura ecològica. Font: Hiding in Honduras.

UN RECURS ESCÀS, INSUBSTITUÏBLE I MAL UTILITZAT

El fòsfor és un recurs insubstituïble i no sintetitzable. Les reserves són finites i s’estan malgastant, ja que gran part dels fertilitzants aplicats no són assimilats per les plantes i, a través del sòl, acaben al mar o als llacs, on desequilibren els ecosistemes. Com que és un recurs tan escàs, sol ser el recurs limitant en la majoria d’ecosistemes. És per això que una sobrefertilització de fòsfor sol ser aprofitada per les algues autòtrofes per créixer descontroladament, el que provoca, en molts casos, blooms que poden generar grans pèrdues animals, econòmiques i ambientals.

Extensió de la vegetació del Mar Menor (Múrcia) el 2014 i el 2016. El 85% de la vegetació ha mort en menys de dos anys, a causa de forts fenòmens d’eutrofització, en els quals el fòsfor ha jugat un paper clau. L’excés de nutrients fa proliferar les algues, que acaben dificultant el pas de la llum a la vegetació aquàtica, el que causa la seva mort. Font: El País.

5 PAÏSOS CONTROLEN LA PRODUCCIÓ MUNDIAL

El Servei Geològic dels Estats Units (USGS, per les sigles en anglès) ha estimat les reserves mundials de fòsfor en 71.000 milions de tones. El 90% d’aquestes estan en mans de 6 països: Marroc (on, segons la USGS, es troben el 75% de les reserves mundials d’aquest mineral), Xina, Algèria, Síria, Sud-àfrica i Jordània. No obstant això, són els Estats Units i, sobretot, la Xina (el 47% de la producció mundial es localitza aquí) els països que, actualment, estan extraient major fòsfor dels seus jaciments. Una producció que ha anat en augment en els últims anys, i que anirà a més en les pròximes dècades. Segons aquest recent article de Nature, caldrà duplicar, per a l’any 2050, l’ús dels fertilitzants fosfatats per cobrir la demanda d’aliments, en un món on ja hi haurà 9.000 milions d’humans. Però, per llavors, ja s’haurà utilitzat més de la meitat del fòsfor existent en els jaciments. Aquest altre estudi va alertar de la possibilitat que estiguéssim arribant al punt màxim de la producció de fòsfor, si bé nous càlculs estimen el seu punt màxim entorn a l’any 2040. Sigui com sigui, de seguir amb la producció actual les reserves s’esgotaran en no més de 100 anys.

Reserves mundials de roca fosfòrica per país. Marroc capitalitza les reserves, seguit de la Xina i Algèria. Al voltant d’un 90% de les reserves mundials de fòsfor es troben a l’Àfrica, fet que fa pressuposar el papel clau d’aquest continent en les negociacions futures per fer-se amb aquest recurs finit. Font: WRForum.

LA GEOPOLÍTICA ENTRA EN ESCENA

Un símptoma de la possible escassetat de fòsfor en un futur no molt llunyà és la pujada de preus del fòsfor que es ve observant recentment, a causa de la creixent demanda. Entre 2007 i 2008 el preu de la tona de fosfats va arribar a triplicar-se respecte als valors de 2005, i a costar fins a 9 vegades més que en els anys 70. A més, s’ha calculat que pel 2035 la demanda de fòsfor superarà a l’oferta, el que comportarà una pujada de preus i, inevitablement, tensions polítiques. No aliens a això, nombrosos països estan ja movent fitxa per assegurar-se un subministrament d’aquest valuós recurs per a unes dècades més. La Xina, per exemple, que ara mateix és el major productor (que no el posseïdor de les majors reserves) ha començat a establir aranzels del 135% a les seves exportacions. Estats Units, d’altra banda, ha signat un tractat de lliure comerç bilateral amb el Marroc, el que li de dóna drets d’explotar els seus jaciments de fosfat a llarg termini. Tenint en compte que la major part de les reserves de fosfat del Marroc es troben al Sàhara Occidental (regió que ha lluitat per la seva independència des de la seva ocupació en 1975) no és d’estranyar que els Estats Units sempre hagi donat suport al Marroc en el Consell de seguretat de les Nacions Unides, vetant qualsevol proposta a favor de la independència del Sàhara Occidental.

Increment en els preus de diferents minerals fosfatats. S’espera un augment del preu encara més gran en les pròximes dècades, a mesura que els jaciments de fosfat vagin esgotant-se. Font: USDA.

Estimació de l’evolució de la producció de roca fosfòrica i moment en el que assolirà el pic de producció. Molts científics concorden que les reserves duraran entre 60 i 130 anys. Font: Cordell et al., 2009.

LES SOLUCIONS PASSEN PER TORNAR A LES ARRELS

D’acord amb les últimes estimacions, els jaciments de fòsfor s’esgotaran, afectant als cultius de tot el món. Aquesta disminució de la producció alimentària tindrà una repercussió global, sobretot en els països més pobres, els més susceptibles a un possible decreixement de la producció d’aliments. De no establir mesures de reducció de la població mundial, la manca de fòsfor combinada amb el canvi climàtic provocarà tenses relacions entre nombrosos països, podent desembocar en conflictes geopolítics d’escala planetària.

Segons Metson et al. (2016) una dieta basada en els vegetals ajudaria a reduir la demanda de fòsfor. Segons els seus càlculs, una persona vegetariana necessita, aproximadament, 4 kg de roca fosfòrica a l’any, gairebé 3 vegades menys que una dieta predominantment carnívora, que consumeix prop de 11.8 kg de fòsfor a l’any. Font: Jeremy Keith.

És per això que la principal solució passa per utilitzar el fòsfor d’una manera més racional i de reciclar-lo tant com sigui possible. Avui en dia, al voltant d’un 80% del fòsfor es perd entre l’explotació del mineral, el seu transport i la seva aplicació als camps, la qual cosa ens exigeix a fer un ús més sostenible d’aquest recurs. No obstant això, serà el seu reciclatge el que podrà mantenir la producció alimentària mundial. La principal proposta es la de tornar als inicis: recollir els excrements i orina humanes, generades a les ciutats i pobles, per recuperar aquest fòsfor que d’una altra manera acabaria en el medi aquàtic. I és que aproximadament el 100% del fòsfor consumit per la humanitat a través dels aliments és excretat en forma de fems i orina. Recol·lectar-lo seria com una arma de doble tall: d’una banda satisfaríem la demanda de fòsfor dels cultius i, de l’altra, evitaríem que un excés d’aquests nutrients eutrofitzessin l’aigua. D’altra banda, promovent un canvi en la dieta, prioritzant les verdures en lloc de la carn, s’aconseguiria reduir la demanda de fòsfor entre un 20 i un 45%, segons Cordell et al. (2009). Altres solucions passen per recuperar l’ús dels fems en aquelles zones més rurals i menys tecnificades i promoure el compostatge dels residus alimentaris en llars, fàbriques i establiments comercials. Finalment, un residu de les depuradores d’aigües residuals, anomenat estruvita (fosfat hidratat d’amoni i magnesi) podria ajudar a fertilitzar els camps d’una manera efectiva i neta.

El mineral d’estruvita, com el que apareix a dalt, és obtingut de forma espontània en depuradores d’aigües residuals. Tot i que ocasiona problemes d’obstrucció a les canonades de les depuradores a causa de la seva cristal·lització, podria ser utilitzat com un sistema net de fertilització que aportaria fòsfor, nitrogen i magnesi. Font: Creative Commons.

La bogeria iniciada a principis del segle XX amb l’explotació de la roca fosfòrica per produir aliments en grans quantitats està arribant al final, i això ens exigeix a adaptar els nostres cultius i, potser, el nostre estil de vida, a un futur que haurà de beure molt de la forma de procedir en el passat. És urgent un canvi de mentalitat, centrat en una reducció de la població mundial i una major sostenibilitat dels recursos naturals, si de veritat volem garantir un món en el qual cap persona hagi de passar gana.

BIBLIOGRAFIA

• IAGUA
• CREAF
  
• Mother Jones
  
• USGS
  
• Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
• Greenfacts
• Ecoavant
• Usaid
• Cordell, D., Drangert, J-0. & White, Stuart. (2009) The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change, 19, 292-305.

• Metson, G. S., Cordell, D. & Ridoutt, B. (2016) Potential Impact of Dietary Choices on Phosphorus Recycling and Global Phosphorus Footprints: The Case of the Average Australian City. Frontiers in Nutrition, 3, 35.

• Foto de portada: Flickr, jimmy brown

  

The humans have done it again: the Anthropocene, another shameful achievement for mankind

Science books have to be modified again. Joining other famous geological epochs of the Cambrian, Jurassic or Pleistocene another one must be added from now: the Anthropocene. On August 2016 a group of experts confirmed what everyone suspected: mankind have been so interventionist in terrestrial processes that the natural cycle have changed irretrievably. We have already suffering the consequences, and the human footprint on our planet will be present until after our demise. 

INTRODUCTION

The history of the modern man, Homo sapiens sapiens, was not easy in the beginning. It is believed that we appeared on the Middle Paleolithic, about 200,000 years ago in Africa. In those days humans were already good hunters, but also good preys, and although the species was thriving and spreading across the planet, this was done slowly and always influenced by severe climate changes. It took 100,000 years to leave Africa and anothers 80,000 to reach America. During all that time and until almost the present day, humans being was at the mercy of the Earth and its whims, which decided at will the fate of our ancestors. However, the Ice Age ended, the Holocene began and thereby unprecedented technological advancement. The industrial revolution definitely transformed humans and the way they interact with the world, which suffered the devastating consequences of an ambitious and unaware species about their enormous global influence.

Humans have been nomadic most of their existence, with a strong dependence on environmental conditions that conditioned their prey. With the agriculture and lifestock the first villages were created, leading to the modern style. Source: Return of Kings.

WHAT IS A GEOLOGICAL TIME AND HOW IT IS POSSIBLE TO ENTER AND LEAVE IT?

At first glance, it may seem a mere syntactical question or a whim of geologists. However, designate a geological time is important when defining long periods of time sharing similar environmental conditions. Normally, a geological period usually lasts no less than 2 million years, and the fossil record is used to find out a major discontinuity in the typical pattern of the biota of that actual period. Therefore, an epoch tend to finish when an abrupt climate change occur (the Pleistocene ends with the last of the great glaciations), leading to changes in the biota (the meteorite that wiped out the non-avian dinosaurs caused the end of the Cretaceous period). However, these abrupt changes must be occur globally and in a short space of time to really be considered as a different geological epoch.

Earth is divided into periods whichare divided into geological epochs. These periods are marked by relatively stable and / or with a characteristic biota. These epochs are usually finished by events that involve drastic changes for living organisms on a global scale. Source: philipmarshall.net.

THE ANTHROPOCENE

The term is not new (it was used for the first time in the mid XIX century during the industrial revolution) but regained importance in early 2000, thanks to Paul Crutzen. This chemist, together with other colleagues, discovered the compounds that were destroying the ozone layer, which makes him to win the Nobel Prize in Chemistry. In his speech, he had special interest in stressing that the Holocene “was over forever” to make way for the Anthropocene, the age of humans. His article in Nature about the Anthropocene was a reference for many scientists working on projects about environmental problems in the Anthropocene epoche. On August 29, 2016, the expert group of the Anthropocene voted at the International Geological Congress (IGC) to formally establish the Anthropocene as a new geological epoch.

The industrial revolution changed the course of Earth forever. Vast amounts of fossil fuels were burned and their products emitted into the atmosphere. The production system took a turn, giving priority to production and thereby to make unprecedented use of the planet’s resources. In the photo, British workers in a factory of agricultural products in 1928. Source: Daily mail.

BUT, WHY ARE WE IN THE ANTHROPOCENE?

As we mentioned before, to change the geological epoch it has to be evident that environmental conditions are changing on a global scale. And that is what is happening since the early 50s of the last century, date in which researchers have officially marked the beginning of the Anthropocene. In this Science article, researchers from around the world gathered geological evidence showing with certainty that mankind has changed the planet severely and it should already talk about another geological era. The researchers also pointed to the products of the many atomic tests of the 50s as the starting point of the Anthropocene.

The nuclear tests of the 50s, like this one in which the first hydrogen bomb (Ivy Mike) was tested, caused the release of large amounts of radioactive materials into the atmosphere. These particles were settled and that has allowed researchers to have evidence in order to demonstrate the impact of human actions on a global scale. Source: CBC.

EVIDENCE OF THE ANTHROPOCENE

Since the beginning of the industrial revolution, more than two centuries ago, numerous anthropogenic deposits have been accumulated in the earth’s crust, from new minerals and rocks to aluminum, cement and petroleum products such as plastics. Just after these lines, we show the main evidence put forward by researchers to justify the change of epoch:

High levels of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), plastics, fertilizers and pesticides in sediments. The burning of oil, coal and other wood products are the source of large amounts of PAHs in the atmosphere, that they just finally end settling in the earth’s crust and living things.Referring to fertilizers, little abundant nutrients in the soil such as nitrogen and phosphorous have doubled in the last century due to the increasing number of crops, many of which following the intensive model to maximize production. Moreover, plastics are already present worldwide. Its high resistance to degradation prevents natural recycling, which causes large quantities to deposit and, especially, to end in the sea, where there are authentic plastic islands, as the Great Pacific garbage patch .

Plastic is the most widely-product made from oil on Earth. Its impact on the environment is one of the most serious at present, and  global sedimentation leaves traces of our presence until thousands of years after our disappearance. Source: The Guardian.

Radioactive elements of nuclear tests. The detonation of the atomic bomb called Trinity in 1945 in New Mexico (USA), was followed by a long list of other nuclear tests during the Cold War. As a result, large amounts of carbon-14 and plutonium-239, among other molecules, were released into the atmosphere and sedimented years later in many parts of the globe, constituting a proof of the great human impact on Earth.

This core, extracted by the geologists that have determined that we are in a new era, shows the accumulation of human origin material in the sediments of a lake in Greenland. In it was found pesticides, radioactive nitrogen, heavy metals, increases in the concentration of greenhouse gases and plastics. Source: Science.

High concentrations of CO2 and CH4 in the atmosphere. From 1850 and especially in the following decades, the levels of these gases in the atmosphere broke with the typical pattern of the Holocene, getting itself to achieve, in our century, 400 ppm (parts per million) of CO2, an increase of more of 150 points from the pre-industrial situation. This increase in atmospheric CO2 has a direct impact on the temperature of the Earth. It is believed that the global temperature has increased by around 1 ° C since 1900, and will increase between 1.5 and 3.5 ° C by the year 2100.

This chart shows the unprecedented increase in CO2, methane and nitrous oxide in the atmosphere. Although CO2 is the best known gas and which has the greatest impact on a large scale, the other two gases have greater power to limit heat dissipation into space. The increase of these gases is closely related to the increase of global temperature. Source: CSIRO.

The increase of the ratio of extinction of living organisms in all parts of the world as a result of human activities. Since 1500 the extinction of species by humans has increased, but is from the XIX century onwards when the extinctions are present in the entire planet. The distribution of species has been disrupted due to human activities such as agriculture and deforestation and the introduction of invasive species, causing changes in the habits of native species and often come to displace and even to extinguish. This unprecedented high extinction ratio is considered by many people as an unmistakable symbol that we are in front of the sixth mass extinction on Earth.

Since the beginning of the industrial revolution, the rate of extinction of vertebrates is 100 times greater than in the past. At this rate, it is estimated that in the following centuries the number of extinct species will reach 75% of the existing ones. The dotted black line in this graph shows the rate of pre-industrialization extinction, while others refer to the cumulative percentage of extinct species since 1500. Source: Science.

FUTURE

Whatever the fate of humanity and future actions undertaken to mitigate climate change, what is clear is that the human footprint will remain indelible in the earth’s surface for millions of years, similar to what occurred after the Permian or Cretaceous mass extincion. The strata will show the follies and excesses carried out by us, perhaps as a warning for the following species that dares to relieve humanity of its status as the dominant species.

REFERENCES

• National Geographic
  
• Science
• El País: Bienvenidos al Antropoceno
• CBC
• Smithsonian
• La Vanguardia
• Anthropocene info
• The Guardian
• El País: La sexta gran extinción está en marcha
• Imagen de portada: CBC

 

Els humans ho hem tornat a fer: l’Antropocè, una nova fita (vergonyosa) de la humanitat

Els llibres de ciència hauran de modificar-se de nou. A les ja conegudes èpoques geològiques del càmbric, juràssic o pleistocè caldrà afegir-ne, des d’ara, una altra més: l’Antropocè. A finals d’agost d’aquest any es va confirmar el que ja es temia: els humans hem intervingut tant en els processos terrestres que hem arribat a canviar fins i tot el propi cicle natural del planeta. Les conseqüències ja les estem patint, i l’empremta humana quedarà present en el nostre planeta fins després de la nostra desaparició.

INTRODUCCIÓ

La història de l’home actual, l’Homo sapiens sapiens, no va ser senzilla en els seus inicis. Es creu que vam aparèixer en el Paleolític mitjà, fa uns 200.000 anys, a l’Àfrica. En aquells temps l’ésser humà ja era un bon caçador, però també era una bona presa, i encara que l’espècie era pròspera i s’expandia pel planeta, ho feia a marxes forçades i sempre a remolc de canvis climàtics severs. Va trigar 100.000 anys a sortir d’Àfrica i 80.000 fins a arribar a Amèrica. Durant tot aquest temps i fins pràcticament els nostres dies, l’ésser humà estava a mercè de la Terra i els seus capricis, la qual decidia al seu antull el destí dels nostres avantpassats. No obstant això, les glaciacions van acabar, l’Holocè va començar i, amb això, un avanç tecnològic sense precedents. La revolució industrial va transformar definitivament a l’ésser humà i la seva forma d’interactuar amb el món, i aquest va sofrir les devastadores conseqüències d’una espècie ambiciosa i inconscient de la seva enorme influència global.

L’ésser humà ha estat, la major part de la seva existència, una espècie nòmada, amb una forta dependència de les condicions ambientals que condicionaven les seves preses. Amb l’agricultura i la ramaderia es formen els primers pobles, que conduiran a l’estil modern d’avui en dia. Font: Return of Kings.

¿QUÈ ÉS UNA ÈPOCA GEOLÒGICA Y COM S’ENTRA O ES SURT D’ELLA?

En un primer moment pot semblar una simple qüestió sintàctica, o un caprici de geòlegs. No obstant això, designar una època geològica és important a l’hora de delimitar grans períodes de temps que han gaudit de condicions ambientals similars. Per regla general, una època geològica sol durar no menys de 2 milions d’anys, i s’usa el registre fòssil per buscar discontinuïtats en el patró típic de la biota de l’època. Per tant, una època geològica sol acabar-se amb un canvi brusc en el clima (el Plistocè acaba amb l’última de les grans glaciacions) que comporta, de retruc, canvis en la biota (el meteorit que va extingir els dinosaures no avians va acabar amb el període Cretaci). No obstant això, aquests canvis bruscs s’han de donar de forma global i en un curt espai de temps perquè realment pugui considerar-se que s’ha canviat d’època geològica.

La Terra es divideix en períodes que, al seu torn, es divideixen en èpoques geològiques. Aquestes estan marcades per períodes de temps relativament estables i / o amb una biota característica. Solen acabar-se per esdeveniments que comporten canvis dràstics per als éssers vius a escala planetària. Font: philipmarshall.net.

L’ANTROPOCÈ

El terme no és nou (va començar a utilitzar-se a mitjans del segle XIX, en plena revolució industrial) però va recobrar importància a principis de l’any 2000, de la mà de Paul Crutzen. Aquest químic, juntament amb altres col·legues, va descobrir els compostos que estaven acabant amb la capa d’ozó, el que li va permetre guanyar el Premi Nobel de Química. En el seu discurs, va tenir especial interès en recalcar que l’Holocè “havia acabat per sempre” per donar pas a l’Antropocè, l’època dels humans. El seu article a Nature sobre l’Antropocè va sentar càtedra, i des de llavors multitud de científics han fet servir sense cap tipus d’inconvenient aquest terme per referir-se a l’època en què vivim. El 29 d’agost de 2016, la comissió d’experts de l’Antropocè va votar, al Congrés Geològic Internacional (IGC, per les seves sigles en anglès) per formalment establir l’Antropocè com a nova època geològica.

La revolució industrial va canviar el curs de la Terra per sempre. Ingents quantitats de combustibles fòssils van ser cremats i els seus productes emesos a l’atmosfera. El sistema productiu va donar un gir, prioritzant la producció i, amb això, a fer un ús sense precedents dels recursos del planeta. A la foto, treballadors britànics en una fàbrica de productes agraris al 1928. Font: Daily mail.

PERÒ, PER QUÈ ESTEM A L’ANTROPOCÈ?

Com comentàvem abans, per canviar d’època s’ha d’evidenciar un canvi en les condicions ambientals a escala global. I això és el que està passant des de la dècada dels anys 50 del segle passat, data en què oficialment s’ha marcat l’inici del Antropocè. En aquest article de Science, investigadors de tot el món van recopilar proves geològiques que demostraven amb total certesa que l’ésser humà ha canviat tant el planeta que ja s’ha de parlar d’una altra època geològica. Els investigadors també van assenyalar als productes de les nombroses proves atòmiques dels anys 50 com el punt de partida de l’Antropocè.

Les proves nuclears dels anys 50, com aquesta en la qual es va testar la primera bomba d’hidrogen (Ivy Mike) va provocar l’emissió de grans quantitats de materials radioactius a l’atmosfera. Aquestes partícules van anar assentant-se i això ha permès als investigadors disposar de proves per demostrar l’impacte de les accions humanes a escala global. Font: CBC.

EVIDÈNCIES DE L’ANTROPOCÈ

Des de l’inici de la revolució industrial, fa més de dos segles, nombrosos dipòsits antropogènics han anat sedimentant en l’escorça terrestre, des de nous minerals i roques fins alumini, ciment i derivats del petroli com els plàstics. Just després d’aquestes línies, les principals evidències esgrimides pels investigadors per justificar el canvi d’època:

Els alts nivells d’hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), bifenils policlorats (PCB), plàstics, fertilitzants i plaguicides en sediments. La combustió de petroli, carbó i altres productes derivats de la fusta són l’origen de grans quantitats de PAHs en l’atmosfera, que acaben assentant-se en l’escorça terrestre i als éssers vius. Pel que fa als fertilitzants, nutrients tan poc abundants al sòl com són el nitrogen i el fòsfor s’han duplicat en l’últim segle degut al creixent nombre de correus, molts dels quals intensius, per tal de maximitzar la producció. D’altra banda, els plàstics ja són presents a tot el món. La seva alta resistència a la degradació impedeix el seu reciclatge natural, el que provoca que grans quantitats passin als sediments i, sobretot, al mar, on forma autèntiques illes de plàstic, com la coneguda Gran Illa de Plàstic del Pacífic.

El plàstic és el producte derivat del petroli més estès a la Terra. El seu impacte sobre el medi ambient és un dels més greus en l’actualitat, i la seva sedimentació a escala global deixarà restes de la nostra presència fins a milers d’anys després de la nostra desaparició. Font: The Guardian.

Els elements radiactius de les proves nuclears. A la detonació de la bomba atòmica de la Trinitat el 1945 a Nou Mèxic (EUA), la va seguir, en plena Guerra Freda, una gran llista d’altres proves nuclears. Com a resultat, grans quantitats de carboni-14 i plutoni-239, entre d’altres molècules, van ser llançades a l’atmosfera i sedimentades anys després en moltes parts del planeta, constituint una prova inqüestionable del gran impacte humà sobre la Terra.

Aquest core, extret pels geòlegs que han determinat que estem en una nova època, mostra l’acumulació de material d’origen humà en els sediments d’un llac de Groenlàndia. En ell es van trobar pesticides, nitrogen radioactiu, metalls pesants, increments de la concentració de gasos d’efecte hivernacle i plàstics. Font: Science.

Les altes concentracions de CO2 i CH4 a l’atmosfera. A partir de 1850 i sobretot en les dècades següents, els nivells d’aquests gasos a l’atmosfera van trencar amb el patró típic de l’Holocè, arribant-se a aconseguir, en el nostre segle, les 400 ppm (parts per milió) de CO2, un augment de més de 150 punts respecte a la situació preindustrial. Aquest augment de CO2 atmosfèric té un impacte directe sobre la temperatura de la Terra. Es creu que la temperatura global s’ha incrementat al voltant d’1ºC des de l’any 1900, i que augmentarà entre 1,5 i 3,5 ° C per a l’any 2100.

En aquest gràfic es mostra l’augment sense precedents del CO2, el metà i l’òxid de nitrogen a l’atmosfera. Si bé és cert que el més conegut i el que té més impacte a gran escala és el CO2, els altres dos gasos tenen un major poder de limitació de la dissipació del calor cap a l’espai. L’augment d’aquests gasos està estretament relacionat amb l’augment de la temperatura mundial. Font: CSIRO.

L’augment de la ràtio d’extinció d’éssers vius en totes les parts del món com a conseqüència de les activitats humanes. Des de l’any 1500 l’extinció d’espècies per part dels éssers humans ha augmentat, però és a partir del segle XIX en endavant quan les extincions es fan presents en la totalitat del planeta. La distribució de les espècies s’ha vist alterada a causa d’activitats humanes com l’agricultura o la desforestació i per la introducció d’espècies invasores, que provoquen canvis en els costums de les espècies autòctones i solen arribar a desplaçar-les o fins i tot extingir-les. Aquest elevat ràtio d’extinció sense precedents és considerat per molts com un símbol inequívoc de que estem davant de la sisena extinció massiva de la Terra.

Des de l’inici de la revolució industrial, el ritme d’extinció dels vertebrats és 100 vegades més gran que en el passat. A aquest ritme, s’estima que pels següents segles el nombre d’espècies que s’extingiran arribarà al 75% de les existents. La línia negra puntejada d’aquest gràfic mostra el ritme d’extinció pre-industrialització, mentre que les altres fan referència al percentatge acumulat d’espècies extintes des de l’any 1500. Font: Science.

FUTUR

Sigui quin suigui el destí de la humanitat i de les accions futures dutes a terme per pal·liar el canvi climàtic, el que està clar és que l’empremta humana quedarà indeleble en la superfície terrestre durant milions d’anys, de manera semblant a la que van deixar les extincions en massa del Pèrmic o del Cretaci. Els estrats mostraran les insensateses i els excessos duts a terme per nosaltres, potser com advertència per a la següent espècie que s’atreveixi a rellevar a la humanitat de la seva condició com a espècie dominant.

BIBLIOGRAFIA

• National Geographic
  
• Science
• El País: Benvinguts a l’Antropocè
• CBC
• Smithsonian
• La Vanguardia
• Anthropocene info
• The Guardian
• El País
• Imagen de portada: CBC