Più di 2,4 miliardi di anni fa, L'atmosfera terrestre era inospitale, pieno di gas tossici che hanno portato a temperature superficiali selvaggiamente fluttuanti. Capire come ha preso forma il mondo odierno di climi miti e aria respirabile è una domanda fondamentale nelle scienze della Terra.

Nuova ricerca dell'Università del Maryland, l'Università di St. Andrews, Laboratorio di propulsione a getto della NASA, l'Università di Leeds e il Blue Marble Space Institute of Science suggeriscono che molto tempo fa, L'atmosfera terrestre ha trascorso circa un milione di anni piena di una foschia ricca di metano. Questa foschia ha spinto una grande quantità di idrogeno fuori dall'atmosfera, aprendo la strada a enormi quantità di ossigeno per riempire l'aria. Questa trasformazione ha prodotto un'atmosfera molto simile a quella che sostiene la vita sulla Terra oggi.

I risultati del gruppo, pubblicato il 13 marzo 2017 nella prima edizione online del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , proporre una nuova concausa per il Grande Evento di Ossidazione, avvenuta 2,4 miliardi di anni fa, quando le concentrazioni di ossigeno nell'atmosfera terrestre sono aumentate di oltre 10, 000 volte.

"La trasformazione dell'aria terrestre da una miscela tossica a una più accogliente, atmosfera ricca di ossigeno è avvenuta in un istante geologico, "ha detto James Farquhar, un professore di geologia all'UMD e coautore dello studio. Farquhar ha anche un appuntamento presso il Centro interdisciplinare di scienze del sistema terrestre dell'UMD. "Con questo studio, finalmente abbiamo il primo quadro completo di come la foschia del metano ha reso possibile tutto questo".

I ricercatori hanno utilizzato registrazioni chimiche dettagliate e modelli atmosferici sofisticati per ricostruire la chimica atmosferica durante il periodo di tempo immediatamente precedente al Grande Evento di Ossidazione. I loro risultati suggeriscono che i batteri antichi, l'unica vita sulla Terra in quel momento, producevano enormi quantità di metano che reagiva per riempire l'aria di una densa foschia, simile all'atmosfera moderna della luna di Saturno, Titano.

Precedenti studi di molti degli stessi ricercatori avevano identificato molti di questi eventi di foschia all'inizio della storia della Terra. Ma lo studio attuale è il primo a mostrare quanto rapidamente siano iniziati questi eventi e per quanto tempo sono durati.

"Alti livelli di metano significavano che più idrogeno, il gas principale che impedisce l'accumulo di ossigeno, potrebbe fuggire nello spazio esterno, aprendo la strada all'ossigenazione globale, " disse Aubrey Zerkle, un biogeochimico presso l'Università di St. Andrews e coautore dello studio. "Il nostro nuovo set di dati costituisce il record di risoluzione più alta della chimica atmosferica Archeano mai prodotto, e dipinge un quadro drammatico delle condizioni della superficie terrestre prima dell'ossigenazione del nostro pianeta".

La foschia del metano è persistita per circa un milione di anni. Dopo che abbastanza idrogeno ha lasciato l'atmosfera, le giuste condizioni chimiche hanno preso il sopravvento e il boom dell'ossigeno è iniziato, consentendo l'evoluzione di tutta la vita multicellulare.

La chiave dell'analisi dei ricercatori è stata la scoperta di modelli anomali di isotopi di zolfo nelle registrazioni geochimiche di quel periodo. Gli isotopi di zolfo sono spesso usati come proxy per ricostruire antiche condizioni atmosferiche, ma precedenti indagini nel periodo in questione non avevano rivelato nulla di troppo insolito.

"La ricostruzione dell'evoluzione della chimica atmosferica è stata a lungo al centro della ricerca geochimica, " disse Gareth Izon, autore principale dello studio, che ha contribuito alla ricerca mentre era ricercatore post-dottorato a St. Andrews ed è ora ricercatore post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology. "I nostri nuovi dati mostrano che la composizione chimica dell'atmosfera era dinamica e, almeno nel preludio al Grande Evento di Ossidazione, ipersensibile alla regolazione biologica."

Il documento di ricerca, "Regolazione biologica della chimica atmosferica in rotta verso l'ossigenazione planetaria, " Gareth Izon, Aubrey Zerkle, Kenneth Williford, James Farquar, Simon Poulton, e Marco Chiara, è stato pubblicato il 13 marzo 2017 in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .