Petrologi della Rice University che hanno ricreato il caldo, le condizioni di alta pressione a 60 miglia sotto la superficie terrestre hanno trovato un nuovo indizio su un evento cruciale nel profondo passato del pianeta.

Il loro studio descrive come il carbonio fossilizzato, i resti delle prime creature unicellulari della Terra, avrebbe potuto essere inglobato e bloccato in profondità all'interno della Terra a partire da circa 2,4 miliardi di anni fa, un periodo in cui l'ossigeno atmosferico è aumentato drasticamente. Il documento appare online questa settimana sulla rivista Geoscienze naturali .

"È un concetto interessante, ma affinché la vita complessa si evolva, la prima forma di vita doveva essere profondamente sepolta nel mantello del pianeta, " disse Rajdeep Dasgupta, un professore di Scienze della Terra alla Rice. "Il meccanismo di quella sepoltura si divide in due parti. Primo, hai bisogno di una qualche forma di tettonica a zolle, un meccanismo per riportare sulla Terra i resti di carbonio delle prime forme di vita. Secondo, è necessaria la geochimica corretta in modo che il carbonio organico possa essere trasportato in profondità all'interno della Terra e quindi rimosso dall'ambiente superficiale per lungo tempo".

In discussione è ciò che ha causato il "grande evento di ossidazione, " un forte aumento dell'ossigeno atmosferico che è ben documentato in innumerevoli rocce antiche. L'evento è così noto ai geologi che spesso lo chiamano semplicemente "GOE". Ma nonostante questa familiarità, non c'è consenso scientifico su ciò che ha causato il GOE. Per esempio, gli scienziati conoscono la prima vita conosciuta della Terra, cianobatteri unicellulari, ha assorbito anidride carbonica dall'atmosfera e rilasciato ossigeno. Ma la comparsa dei primi anni di vita è stata spinta sempre più nel passato con recenti scoperte fossili, e gli scienziati ora sanno che i cianobatteri erano prevalenti almeno 500 milioni di anni prima del GOE.

"I cianobatteri potrebbero aver giocato un ruolo, ma il GOE è stato così drammatico:la concentrazione di ossigeno è aumentata fino a 10, 000 volte - che i cianobatteri da soli non potrebbero spiegarlo, " ha detto il co-autore principale Megan Duncan, che ha condotto la ricerca per il suo dottorato di ricerca. tesi di laurea in Riso. "Deve esserci anche un meccanismo per rimuovere una quantità significativa di carbonio ridotto dalla biosfera, e quindi spostare la concentrazione relativa di ossigeno all'interno del sistema, " lei disse.

Rimuovere il carbonio senza rimuovere l'ossigeno richiede circostanze speciali perché i due elementi sono inclini a legarsi l'uno con l'altro. Formano uno dei componenti chiave dell'atmosfera, l'anidride carbonica, così come tutti i tipi di rocce carbonatiche.

Dasgupta e Duncan hanno scoperto che la composizione chimica del "silicato fuso" - roccia crostale in subduzione che si scioglie e risale in superficie attraverso le eruzioni vulcaniche - gioca un ruolo cruciale nel determinare se il carbonio organico fossilizzato, o grafite, affonda nel mantello o risale in superficie attraverso il vulcanismo.

Duncan, ora ricercatore presso la Carnegie Institution di Washington, DC, ha affermato che lo studio è il primo ad esaminare la capacità di trasporto di grafite di un tipo di fuso noto come riolite, che è comunemente prodotto in profondità nel mantello e trasporta quantità significative di carbonio ai vulcani. Ha detto che la capacità di trasporto di grafite della roccia riolitica è cruciale perché se la grafite è incline a tornare in superficie attraverso l'estrazione della fusione riolitica, non sarebbe stato sepolto in quantità sufficienti per giustificare il GOE.

"La composizione dei silicati gioca un ruolo importante, " ha detto. "Gli scienziati hanno precedentemente esaminato le capacità di trasporto del carbonio in composizioni che erano molto più ricche di magnesio e povere di silicio. Ma le composizioni di questi fusi riolitici sono ricche di silicio e alluminio e hanno pochissimo calcio, magnesio e ferro. Questo è importante perché calcio e magnesio sono cationi, e cambiano la quantità di carbonio che puoi sciogliere."

Dasgupta e Duncan hanno scoperto che i fusi riolitici possono dissolvere pochissima grafite, anche quando molto caldo.

"Era una delle nostre motivazioni, " disse Dasgupta, professore di Scienze della Terra. "Se le zone di subduzione in passato erano molto calde e producevano una notevole quantità di fusione, potrebbero destabilizzare completamente il carbonio organico e rilasciarlo nuovamente in superficie?

"Ciò che abbiamo mostrato è che anche a molto, temperature molto elevate, non molto di questo carbonio grafitico si dissolve nel fuso, " ha detto. "Quindi, anche se la temperatura è alta e si produce molto scioglimento, questo carbonio organico non è molto solubile in quel fuso, e di conseguenza il carbonio viene sepolto nel mantello.

"Ciò che è chiaro è che con l'inizio e il tempo previsto di sepoltura crostale nel mantello profondo che inizia appena prima del GOE, e con i nostri dati sperimentali sull'efficienza della sepoltura profonda del carbonio ridotto, potremmo modellare l'aumento previsto dell'ossigeno atmosferico attraverso il GOE, " disse Dasgupta.

La ricerca supporta i risultati di un articolo del 2016 del collega petrologo di Rice Cin-Ty Lee e colleghi che suggeriva che la tettonica a zolle, la formazione dei continenti e la comparsa dei primi anni di vita sono stati fattori chiave nello sviluppo di un'atmosfera ricca di ossigeno sulla Terra.

Duncan, che si concentra sempre più sui sistemi esoplanetari, ha affermato che la ricerca potrebbe fornire importanti indizi su ciò che gli scienziati dovrebbero cercare quando valutano quali esopianeti potrebbero supportare la vita.