Il fondo dell'oceano è vasto e vario, costituiscono oltre il 70% della superficie terrestre. Gli scienziati hanno utilizzato a lungo le informazioni dai sedimenti sul fondo dell'oceano - strati di roccia e letame microbiche - per ricostruire le condizioni negli oceani del passato.

Queste ricostruzioni sono importanti per capire come e quando l'ossigeno è diventato disponibile nell'atmosfera terrestre e alla fine è aumentato ai livelli che supportano la vita come la conosciamo oggi.

Eppure le ricostruzioni che si basano su segnali provenienti da rocce sedimentarie ma ignorano l'impatto dei processi sedimentari locali lo fanno a proprio rischio, secondo i geoscienziati tra cui David Fike in Arts &Sciences presso la Washington University di St. Louis.

Il loro nuovo studio pubblicato il 26 febbraio in Progressi scientifici si basa sull'analisi di un minerale chiamato pirite (FeS ₂ ) che si forma in presenza di batteri. Con il suo ferro chimicamente ridotto (Fe) e zolfo (S), la sepoltura della pirite nei sedimenti marini è uno dei controlli chiave sui livelli di ossigeno nell'atmosfera terrestre e negli oceani.

I ricercatori hanno confrontato la pirite nei sedimenti raccolti in un pozzo perforato nella piattaforma appena al largo della costa orientale della Nuova Zelanda con i sedimenti perforati dallo stesso bacino oceanico ma a centinaia di chilometri nel Pacifico.

"Siamo stati in grado di ottenere un gradiente di sedimenti da poco profondi a profondi e confrontare le differenze tra quelle composizioni isotopiche nella pirite tra quelle sezioni, " ha detto Fike, professore di scienze della Terra e planetarie e direttore di studi ambientali presso la Washington University.

"Lo dimostriamo, per questo bacino in mare aperto, ricevi segnali molto diversi tra acque basse e profonde, che è una prova prima facie per sostenere che questi segnali non sono l'impronta digitale globale dell'ossigeno nell'atmosfera, " ha detto Fike, che è anche direttore dell'International Center for Energy della Washington University, Ambiente e Sostenibilità (InCEES).

Invece di puntare direttamente all'ossigeno, gli stessi segnali della pirite potrebbero essere reinterpretati in quanto si riferiscono ad altri importanti fattori, Fike ha detto, come il cambiamento del livello del mare e la tettonica a zolle.

Fike e il primo autore Virgil Pasquier, un borsista post-dottorato presso il Weizmann Institute of Sciences in Israele, ha messo in dubbio per la prima volta il modo in cui la pirite è stata utilizzata come proxy in uno studio pubblicato su PNAS nel 2017 utilizzando i sedimenti del Mar Mediterraneo. Per la sua ricerca post-dottorato, Pasquier ha lavorato con il professor Itay Halevy presso l'Istituto Weizmann per comprendere i vari controlli sulla composizione isotopica della pirite. I loro risultati sollevano preoccupazioni sull'uso comune degli isotopi di pirite e zolfo per ricostruire lo stato di ossidazione in evoluzione della Terra.

"In senso stretto, stiamo studiando i cicli accoppiati del carbonio, ossigeno e zolfo, e i controlli sullo stato di ossidazione dell'atmosfera, " ha detto Pasquier.

"È molto più sexy per un articolo ricostruire i cambiamenti passati nella chimica dell'oceano che concentrarsi sulla sepoltura delle rocce o su ciò che è accaduto durante la sepoltura, " ha detto. "Ma trovo questa parte ancora più interessante. Perché la maggior parte della vita microbica, specialmente quando l'ossigeno si stava inizialmente accumulando nell'atmosfera, si è verificata nei sedimenti. E se il nostro obiettivo finale è capire l'ossigenazione degli oceani, allora dobbiamo capirlo».

Per questo studio, il team ha condotto 185 analisi degli isotopi di zolfo della pirite lungo i due pozzi. Hanno determinato che i cambiamenti nei segnali della pirite dal pozzo vicino alla costa erano più controllati dai cambiamenti guidati dal livello del mare nella sedimentazione locale, piuttosto che qualsiasi altro fattore.

In contrasto, i sedimenti nel pozzo più profondo erano immuni ai cambiamenti del livello del mare. Anziché, hanno registrato un segnale associato alla riorganizzazione a lungo termine delle correnti oceaniche.

"C'è una soglia di profondità dell'acqua, " ha detto Roger Bryant, un co-autore e Ph.D. laureato del laboratorio di Fike alla Washington University, ora un borsista post-dottorato presso l'Università di Chicago. "Una volta che vai al di sotto di quella profondità d'acqua, Gli isotopi di zolfo apparentemente non sono sensibili a cose come il clima e le condizioni ambientali nell'ambiente superficiale".

Fike ha aggiunto:"La Terra è un posto complicato, e dobbiamo ricordarlo quando cerchiamo di ricostruire come è cambiato in passato. Esistono numerosi processi diversi che influiscono sui tipi di segnali che vengono conservati. Mentre cerchiamo di capire meglio l'evoluzione a lungo termine della Terra, dobbiamo avere una visione più sfumata su come estrarre informazioni da quei segnali".