Circa 2,5 miliardi di anni fa, l’ossigeno libero ha iniziato ad accumularsi a livelli significativi nell’atmosfera terrestre, ponendo le basi per la nascita della vita complessa. Gli scienziati si riferiscono a questo fenomeno come al Grande evento di ossidazione. Ma, secondo una nuova ricerca condotta dai ricercatori dell’Università dello Utah, l’accumulo iniziale di ossigeno sulla Terra non è stato così semplice come suggerisce questo nome.
“I dati emergenti suggeriscono che l’aumento iniziale dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre è stato dinamico e si è svolto in modo discontinuo fino a circa 2,2 miliardi di anni fa“, ha dichiarato il dottor Chadlin Ostrander, ricercatore dell’Università dello Utah.
“I nostri dati convalidano questa ipotesi, facendo anche un ulteriore passo avanti estendendo queste dinamiche all’oceano“.
Analizzando i rapporti isotopici stabili del tallio e gli elementi sensibili al redox, il dottor Ostrander e i suoi colleghi hanno scoperto le prove delle fluttuazioni dei livelli di ossigeno marino che coincidono con i cambiamenti dell’ossigeno atmosferico.
Le scoperte contribuiscono a far progredire la comprensione dei complessi processi che hanno modellato i livelli di ossigeno della Terra durante un periodo critico della storia del pianeta che ha aperto la strada all’evoluzione della vita come la conosciamo.
“Non sappiamo davvero cosa succedeva negli oceani, dove probabilmente hanno avuto origine e si sono evolute le prime forme di vita della Terra“, ha detto Ostrander.
“Quindi conoscere il contenuto di ossigeno negli oceani e come si è evoluto nel tempo è probabilmente più importante per la vita primordiale rispetto all’atmosfera“.
Nel 2021, i ricercatori hanno scoperto che l’ossigeno non è diventato una parte permanente dell’atmosfera fino a circa 200 milioni di anni dopo l’inizio del processo di ossigenazione globale, molto più tardi di quanto si pensasse in precedenza.
La prova inconfutabile di un’atmosfera anossica è la presenza di rare firme isotopiche dello zolfo indipendenti dalla massa nei documenti sedimentari precedenti al Grande Evento di Ossidazione.
Pochissimi processi sulla Terra sono in grado di generare queste firme isotopiche dello zolfo e, da quello che si sa, la loro conservazione nella documentazione rocciosa richiede quasi certamente l’assenza di ossigeno atmosferico.
Per la prima metà dell’esistenza della Terra, l’atmosfera e gli oceani erano in gran parte privi di ossigeno. Sembra che questo gas fosse prodotto dai cianobatteri nell’oceano prima del Grande Evento di Ossidazione, ma in questi primi tempi l’ossigeno veniva rapidamente distrutto nelle reazioni con i minerali esposti e i gas vulcanici.
Gli scienziati hanno scoperto che le rare firme isotopiche dello zolfo scompaiono ma poi ricompaiono, suggerendo che durante il Grande Evento di Ossidazione si sono verificati molteplici aumenti e diminuzioni di ossigeno nell’atmosfera. Non si è trattato di un singolo “evento”.
“La Terra non era pronta per essere ossigenata quando si inizia a produrre ossigeno. La Terra ha avuto bisogno di tempo per evolversi biologicamente, geologicamente e chimicamente per essere favorevole all’ossigenazione”, ha detto il dottor Ostrander.
“È come un trampolino di lancio. C’è produzione di ossigeno, ma c’è così tanta distruzione di ossigeno che non succede nulla“.
“Stiamo ancora cercando di capire quando abbiamo completamente ribaltato la bilancia e la Terra non può tornare indietro a un’atmosfera anossica“.
Per mappare i livelli di ossigeno nell’oceano durante il Grande Evento di Ossidazione, gli autori si sono affidati alla loro esperienza con gli isotopi stabili del tallio.
I rapporti isotopici del tallio sono sensibili alla sepoltura dell’ossido di manganese sul fondo marino, un processo che richiede ossigeno nell’acqua marina.
Il team ha esaminato gli isotopi del tallio negli stessi scisti marini che recentemente hanno dimostrato di seguire le fluttuazioni dell’ossigeno atmosferico durante il Grande Evento di Ossidazione con rari isotopi dello zolfo.
Negli scisti, i ricercatori hanno trovato notevoli arricchimenti nell’isotopo più leggero del tallio-203, un modello che si spiega meglio con l’interramento di ossido di manganese nel fondale marino e quindi con l’accumulo di ossigeno nell’acqua di mare.
Questi arricchimenti sono stati riscontrati negli stessi campioni privi delle firme isotopiche dello zolfo raro, e quindi quando l’atmosfera non era più anossica. E scompaiono quando ritornano le firme isotopiche rare dello zolfo.
Questi risultati sono stati confermati dagli arricchimenti di elementi sensibili al redox, uno strumento più classico per tracciare i cambiamenti nell’ossigeno antico.
“Quando gli isotopi dello zolfo dicono che l’atmosfera si è ossigenata, gli isotopi del tallio dicono che gli oceani si sono ossigenati”, ha detto Ostrander.
“E quando gli isotopi dello zolfo dicono che l’atmosfera è tornata ad essere anossica, gli isotopi del tallio dicono lo stesso per l’oceano“.
“Quindi l’atmosfera e l’oceano si sono ossigenati e deossigenati insieme. Si tratta di informazioni nuove e interessanti per chi è interessato alla Terra antica“.
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