Per lo sviluppo degli animali, niente, ad eccezione del DNA, può essere più importante dell'ossigeno nell'atmosfera.

L'ossigeno consente le reazioni chimiche che gli animali usano per ottenere energia dai carboidrati immagazzinati, dal cibo. Quindi potrebbe non essere una coincidenza che gli animali siano comparsi e si siano evoluti durante l'"esplosione del Cambriano, " che ha coinciso con un picco di ossigeno atmosferico circa 500 milioni di anni fa.

Fu durante l'esplosione del Cambriano che apparve la maggior parte degli attuali disegni di animali.

Nelle piante verdi, la fotosintesi separa l'anidride carbonica in ossigeno molecolare (che viene rilasciato nell'atmosfera), e carbonio (che viene immagazzinato nei carboidrati).

Ma la fotosintesi esiste già da almeno 2,5 miliardi di anni. Quindi cosa ha spiegato l'improvviso picco di ossigeno durante il Cambriano?

Uno studio ora online nel numero di febbraio di Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti collega l'aumento di ossigeno a un rapido aumento della sepoltura di sedimenti contenenti grandi quantità di materia organica ricca di carbonio. Il tasto, afferma il coautore dello studio Shanan Peters, un professore di geoscienze presso l'Università del Wisconsin-Madison, è riconoscere che lo stoccaggio dei sedimenti blocca l'ossidazione del carbonio.

senza sepoltura, questa reazione di ossidazione provoca la combustione del materiale vegetale morto sulla superficie terrestre. Ciò causa il carbonio che contiene, che ha avuto origine nell'atmosfera, legarsi con l'ossigeno per formare anidride carbonica. E perché l'ossigeno si accumuli nella nostra atmosfera, la materia organica della pianta deve essere protetta dall'ossidazione.

Ed è esattamente ciò che accade quando la materia organica, la materia prima del carbone, petrolio e gas naturale, viene sepolto attraverso processi geologici.

Per fare questo caso, Peters e il suo collega post-dottorato Jon Husson hanno estratto un set di dati unico chiamato Macrostrat, un accumulo di informazioni geologiche sul Nord America la cui costruzione Peters ha ideato per 10 anni.

I grafici paralleli dell'ossigeno nell'atmosfera e della sepoltura dei sedimenti, basata sulla formazione di rocce sedimentarie, indicano una relazione tra ossigeno e sedimento. Entrambi i grafici mostrano un picco più piccolo a 2,3 miliardi di anni fa e uno più grande circa 500 milioni di anni fa.

"È una correlazione, ma la nostra tesi è che ci sono connessioni meccanicistiche tra la geologia e la storia dell'ossigeno atmosferico, " dice Husson. "Quando immagazzini i sedimenti, contiene materia organica che si è formata dalla fotosintesi, che converte l'anidride carbonica in biomassa e rilascia ossigeno nell'atmosfera. La sepoltura rimuove il carbonio dalla superficie terrestre, impedendogli di legare l'ossigeno molecolare estratto dall'atmosfera".

Alcune delle ondate di sepoltura dei sedimenti identificate da Husson e Peters hanno coinciso con la formazione di vasti giacimenti di combustibili fossili che sono ancora oggi estratti, compreso il bacino petrolifero del Permiano in Texas e i giacimenti di carbone della Pennsylvania degli Appalachi.

"Seppellire i sedimenti che sono diventati combustibili fossili è stata la chiave per la vita animale avanzata sulla Terra, "Pietro dice, notando che la vita multicellulare è in gran parte una creazione del Cambriano.

Oggi, bruciare miliardi di tonnellate di carbonio immagazzinato nei combustibili fossili sta rimuovendo grandi quantità di ossigeno dall'atmosfera, invertendo il modello che ha guidato l'aumento di ossigeno. E così il livello di ossigeno nell'atmosfera diminuisce all'aumentare della concentrazione di anidride carbonica.

I dati sul Nord America in Macrostrat riflettono il lavoro di migliaia di geoscienziati in più di un secolo. L'attuale studio riguarda solo il Nord America, poiché non esistono ancora database completi riguardanti l'altro 80 percento della superficie continentale della Terra.

L'ultima causa geologica per l'accumulo accelerato di sedimenti che ha promosso i due picchi di ossigeno rimane torbida. "Ci sono molte idee per spiegare le diverse fasi della concentrazione di ossigeno, Husson ammette. "Sospettiamo che possano essere in gioco cambiamenti profondamente radicati nel movimento delle placche tettoniche o nella conduzione del calore o nella circolazione nel mantello, ma non abbiamo una spiegazione a questo punto".

Tenendo un pezzo di scisto Ordoviciano tempestato di trilobiti che si è formato circa 450 milioni di anni fa, Pietro chiede, "Perché c'è ossigeno nell'atmosfera? La spiegazione del liceo è "fotosintesi". Ma sappiamo da molto tempo, risalendo al geologo del Wisconsin (e presidente dell'Università del Wisconsin) Thomas Chrowder Chamberlin, che l'accumulo di ossigeno richiede la formazione di rocce come questo scisto nero, che può essere abbastanza ricco di carbonio da bruciare effettivamente. Il carbonio organico in questo scisto è stato fissato dall'atmosfera mediante la fotosintesi, e la sua sepoltura e conservazione in questa roccia ha liberato ossigeno molecolare."

Cosa c'è di nuovo nello studio attuale, Husson dice, è la capacità di documentare questa relazione in un ampio database che copre il 20 percento della superficie terrestre.

L'interramento continuo del carbonio è necessario per mantenere l'atmosfera pompata di ossigeno. Molti percorsi sulla superficie terrestre, note di Husson, come l'ossidazione del ferro, la ruggine, consumano ossigeno libero. "Il segreto per avere ossigeno nell'atmosfera è rimuovere una piccola parte dell'attuale biomassa e sequestrarla in depositi sedimentari. È quello che è successo quando sono stati depositati i combustibili fossili".