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    Cosa è venuto prima:vita complessa o ossigeno ad alta atmosfera?

    Misurando l'ossidazione del ferro nei basalti a cuscino da eruzioni vulcaniche sottomarine, Gli scienziati della UC Berkeley hanno datato più precisamente l'ossigenazione delle profondità oceaniche, deducendo da ciò quando i livelli di ossigeno nell'atmosfera sono saliti ai livelli attuali elevati. Credito:National Science Foundation

    Noi e tutti gli altri animali non saremmo qui oggi se il nostro pianeta non avesse molto ossigeno nell'atmosfera e negli oceani. Ma quanto sono stati cruciali alti livelli di ossigeno per il passaggio da semplici, forme di vita unicellulari alla complessità che vediamo oggi?

    Uno studio dell'Università della California, I geochimici di Berkeley presentano nuove prove che alti livelli di ossigeno non erano fondamentali per l'origine degli animali.

    I ricercatori hanno scoperto che la transizione verso un mondo con un oceano profondo ossigenato è avvenuta tra 540 e 420 milioni di anni fa. Lo attribuiscono a un aumento dell'O2 atmosferico a livelli paragonabili al 21% di ossigeno nell'atmosfera oggi.

    Questo aumento dedotto arriva centinaia di milioni di anni dopo l'origine degli animali, avvenuta tra 700 e 800 milioni di anni fa.

    "L'ossigenazione dell'oceano profondo e la nostra interpretazione di ciò come risultato di un aumento dell'O2 atmosferico è stato un evento piuttosto tardivo nel contesto della storia della Terra, " ha detto Daniel Stolper, un assistente professore di scienze della terra e planetarie all'Università di Berkeley. "Questo è significativo perché fornisce nuove prove che l'origine dei primi animali, che richiedevano O2 per il loro metabolismo, potrebbe essere andato avanti in un mondo con un'atmosfera che aveva livelli di ossigeno relativamente bassi rispetto a oggi".

    Lui e il collega postdottorato Brenhin Keller riferiranno i loro risultati in un articolo pubblicato online il 3 gennaio prima della pubblicazione sulla rivista Natura . Keller è anche affiliato al Berkeley Geochronology Center.

    L'ossigeno ha giocato un ruolo chiave nella storia della Terra, non solo per la sua importanza per gli organismi che respirano ossigeno, ma a causa della sua tendenza a reagire, spesso violentemente, con altri composti a, Per esempio, arrugginire il ferro, le piante bruciano e il gas naturale esplode.

    Monitorando la concentrazione di ossigeno nell'oceano e nell'atmosfera durante i 4,5 miliardi di anni di storia della Terra, però, non è facile. Per i primi 2 miliardi di anni, la maggior parte degli scienziati ritiene che nell'atmosfera o nell'oceano fosse presente pochissimo ossigeno. Ma circa 2,5-2,3 miliardi di anni fa, i livelli di ossigeno atmosferico sono inizialmente aumentati. Gli effetti geologici di ciò sono evidenti:le rocce sulla terra esposta all'atmosfera hanno iniziato improvvisamente a diventare rosse mentre il ferro in esse reagiva con l'ossigeno per formare ossidi di ferro simili a come il metallo di ferro arrugginisce.

    Gli scienziati della Terra hanno calcolato che in questo periodo, i livelli di ossigeno atmosferico hanno prima superato circa un centomillesimo del livello odierno (0,001 percento), ma rimase troppo basso per ossigenare l'oceano profondo, che rimase in gran parte anossico.

    Già 400 milioni di anni fa, compaiono per la prima volta depositi di carbone fossile, un'indicazione che i livelli atmosferici di O2 erano abbastanza alti da sostenere gli incendi boschivi, che richiedono circa il 50-70 percento dei moderni livelli di ossigeno, e ossigenare l'oceano profondo. Come i livelli di ossigeno atmosferico variavano tra 2, 500 e 400 milioni di anni fa è meno certo e rimane oggetto di dibattito.

    "Riempire la storia dei livelli di ossigeno atmosferico da circa 2,5 miliardi a 400 milioni di anni fa è stato di grande interesse dato il ruolo centrale dell'O2 in numerosi processi geochimici e biologici. Ad esempio, una spiegazione del motivo per cui gli animali si presentano quando lo fanno è perché si tratta di quando i livelli di ossigeno si sono avvicinati per la prima volta alle alte concentrazioni atmosferiche osservate oggi, " ha detto Stolper. "Questa spiegazione richiede che i due siano collegati causalmente in modo tale che il cambiamento ai livelli di O2 atmosferico quasi moderni sia stato un driver ambientale per l'evoluzione dei nostri predecessori che richiedono ossigeno".

    In contrasto, alcuni ricercatori pensano che i due eventi siano in gran parte non correlati. Fondamentale per aiutare a risolvere questo dibattito è individuare con esattezza quando i livelli di ossigeno atmosferico sono saliti quasi ai livelli moderni. Ma le stime passate di quando si è verificata questa ossigenazione vanno da 800 a 400 milioni di anni fa, a cavallo del periodo di origine degli animali.

    Quando sono cambiati i livelli di ossigeno per la seconda volta?

    Stolper e Keller speravano di individuare una pietra miliare nella storia della Terra:quando i livelli di ossigeno diventavano abbastanza alti - circa dal 10 al 50 percento del livello odierno - da ossigenare le profondità dell'oceano. Il loro approccio si basa sull'osservazione dello stato di ossidazione del ferro nelle rocce ignee formate da eruzioni vulcaniche sottomarine (denominate "sottomarine"), che producono "cuscini" e massicci flussi di basalto mentre la roccia fusa estrude dalle creste oceaniche. criticamente, dopo l'eruzione, l'acqua di mare circola attraverso le rocce. Oggi, questi fluidi circolanti contengono ossigeno e ossidano il ferro nei basalti. Ma in un mondo con oceani profondi privi di O2, si aspettavano pochi cambiamenti nello stato di ossidazione del ferro nei basalti dopo l'eruzione.

    "La nostra idea era di studiare la storia dello stato di ossidazione del ferro in questi basalti e vedere se potevamo individuare quando il ferro ha iniziato a mostrare segni di ossidazione e quindi quando l'oceano profondo ha iniziato a contenere quantità apprezzabili di O2 disciolto, " Disse Stolper.

    Per fare questo, hanno compilato più di 1, 000 misurazioni pubblicate dello stato di ossidazione del ferro da antichi basalti sottomarini. Hanno scoperto che il ferro basaltico si ossida significativamente solo rispetto a valori magmatici tra circa 540 e 420 milioni di anni fa, centinaia di milioni di anni dopo la nascita degli animali. Attribuiscono questo cambiamento all'aumento dei livelli di O2 atmosferico a livelli quasi moderni. Questa scoperta è coerente con alcune ma non tutte le storie di concentrazioni di O2 atmosferiche e oceaniche.

    "Questo lavoro indica che un aumento dell'O2 atmosferico a livelli sufficienti per ossigenare l'oceano profondo e creare un mondo simile a quello visto oggi non era necessario per l'emergenza degli animali, " Disse Stolper. "Inoltre, il record di basalto sottomarino fornisce un nuovo, finestra quantitativa sullo stato geochimico dell'oceano profondo da centinaia di milioni a miliardi di anni fa".


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