Questa roccia BIF occhio di tigre (formazione di ferro fasciata) mostra strati di ferro che si sono depositati come composti dalla soluzione oceanica. Prima che l'ossigeno diventasse più abbondante, gli oceani erano probabilmente pieni di ferro che avrebbe potuto produrre ossido di azoto che è entrato nell'atmosfera primitiva della Terra per mantenerla calda. Credito:Georgia Tech / Allison Carter
Più di un eone fa, il sole splendeva più fioco di oggi, ma la Terra è rimasta calda a causa di un forte effetto serra, la teoria della geoscienza è valida. L'astronomo Carl Sagan ha coniato questo "paradosso del giovane sole debole, " e per decenni, i ricercatori hanno cercato il giusto equilibrio di gas atmosferici che avrebbe potuto mantenere accogliente la Terra primitiva.
Un nuovo studio condotto dal Georgia Institute of Technology suggerisce che il protossido di azoto, noto per il suo uso come gas esilarante sedativo dentale, potrebbe aver giocato un ruolo significativo.
Il team di ricerca ha effettuato esperimenti e modellazione computerizzata atmosferica che hanno confermato in dettaglio un'ipotesi esistente sulla presenza di protossido di azoto (N2O), un potente gas serra, nell'atmosfera antica. La ricerca consolidata ha già indicato alti livelli di anidride carbonica e metano, ma potrebbero non essere stati abbastanza abbondanti da mantenere sufficientemente caldo il globo senza l'aiuto di N2O.
Jennifer Glass, un assistente professore alla Georgia Tech, e Chloe Stanton, ex assistente di ricerca universitaria nel laboratorio di vetro presso la Georgia Tech, ha pubblicato lo studio sulla rivista geobiologia la settimana del 20 agosto, 2018. Il loro lavoro è stato finanziato dal NASA Astrobiology Institute. Stanton è ora un assistente di ricerca laureato presso la Pennsylvania State University.
Jennifer Glass nel suo laboratorio alla Georgia Tech. Ha in mano una pietra di ferro stromatolitica, che si è formato mentre il ferro si ossidava e lasciava le acque oceaniche. E eon fa, il ferro dell'oceano era alto e avrebbe potuto aiutare a creare il protossido di azoto che potrebbe aver mantenuto calda la Terra primitiva. Credito:Georgia Tech / Allison Carter
Nessun "noioso miliardo"
Lo studio si è concentrato sulla metà dell'Eone Proterozoico, oltre un miliardo di anni fa. La proliferazione della vita complessa era ancora lontana qualche centinaio di milioni di anni, e il ritmo dell'evoluzione del nostro pianeta probabilmente è apparso ingannevolmente lento.
"Le persone nel nostro campo spesso si riferiscono a questo capitolo centrale della storia della Terra circa 1,8-0,8 miliardi di anni fa come il 'noioso miliardo' perché classicamente lo pensiamo come un periodo molto stabile, " ha detto Stanton, primo autore dello studio. "Ma ci sono stati molti processi importanti che hanno influenzato l'oceano e la chimica atmosferica durante questo periodo".
La chimica nell'oceano proterozoico medio è stata fortemente influenzata dall'abbondante ferro ferroso solubile (Fe2+) nelle acque profonde prive di ossigeno.
Questo fondale marino rialzato è rosso come la ruggine. Mentre l'ossigeno si accumulava nelle acque, ferro arrugginito dalla soluzione. Quando era abbondante nell'oceano, il potente reagente chimico che avrebbe potuto facilitare la produzione di N2O (gas esilarante). Formazioni di ferro fasciate del Parco nazionale di Karijini, Australia. Credito:Georgia Tech / Jennifer Glass
Antica chiave di ferro
"La chimica dell'oceano era completamente diversa allora, " disse Vetro, ricercatore principale dello studio. "Gli oceani di oggi sono ben ossigenati, quindi il ferro arrugginisce rapidamente e perde la soluzione. L'ossigeno era basso negli oceani Proterozoici, così furono riempiti di ferro ferroso, che è altamente reattivo."
Negli esperimenti di laboratorio, Stanton ha scoperto che il Fe2+ nell'acqua di mare reagisce rapidamente con le molecole di azoto, soprattutto ossido nitrico, per produrre protossido di azoto in un processo chiamato chemodenitrificazione. Questo protossido di azoto (N2O) può quindi gorgogliare nell'atmosfera.
Quando Stanton ha collegato i flussi più elevati di protossido di azoto al modello atmosferico, i risultati hanno mostrato che il protossido di azoto avrebbe potuto raggiungere dieci volte i livelli odierni se le concentrazioni di ossigeno medio-proterozoico fossero il 10% di quelle odierne. Questo protossido di azoto più elevato avrebbe fornito un ulteriore impulso al riscaldamento globale sotto il debole giovane sole.
Respirare gas esilarante
Il protossido di azoto potrebbe anche essere stato ciò che respirava una vita antica.
Anche oggi, alcuni microbi possono respirare il protossido di azoto quando l'ossigeno è basso. Ci sono molte somiglianze tra gli enzimi che i microbi usano per respirare gli ossidi di azoto e di azoto e gli enzimi usati per respirare l'ossigeno. Precedenti studi hanno suggerito che quest'ultimo si è evoluto dai primi due.
Il modello Georgia Tech fornisce un'abbondante fonte di protossido di azoto negli antichi mari ricchi di ferro per questo scenario evolutivo. E prima del Proterozoico, quando l'ossigeno era estremamente basso, I primi microbi acquatici potrebbero aver già respirato protossido di azoto.
"È possibile che la vita respirasse gas esilarante molto prima di iniziare a respirare ossigeno, " disse Glass. "La chemodenitrificazione potrebbe aver fornito ai microbi una fonte stabile di esso."
