Per i ricercatori che perseguono la storia primordiale dell'ossigeno nell'atmosfera terrestre, un nuovo studio potrebbe inacidire un po' di "Eureka!" momenti. Uno strumento contemporaneo utilizzato per tracciare l'ossigeno esaminando antichi strati rocciosi può produrre falsi positivi, secondo lo studio, e i risultati ambigui possono mascherarsi come scoperte esilaranti.

Molecole comuni chiamate ligandi possono influenzare i risultati di un popolare tracciante chimico chiamato sistema isotopico del cromo (Cr), che viene utilizzato per testare gli strati di roccia sedimentaria alla ricerca di indizi sui livelli di ossigeno atmosferico durante l'epoca in cui si è formata la roccia. I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno dimostrato in laboratorio che molti ligandi potrebbero aver creato un segnale molto simile a quello dell'ossigeno molecolare.

"Ci sono alcune località geografiche e situazioni antiche in cui potrebbero essere stati generati segnali misurabili che non avevano nulla a che fare con la quantità di ossigeno intorno, " ha detto Chris Reinhard, uno degli autori principali dello studio. Sebbene la nuova ricerca possa influire sul modo in cui vengono valutate alcune scoperte recenti, ciò non significa che lo strumento non sia utile nel complesso.

Strumento di registrazione rock

"Non stiamo cercando di rivoluzionare il modo in cui viene visualizzato lo strumento, " disse Yuanzhi Tang, che ha co-diretto lo studio. "Si tratta di comprendere i suoi possibili limiti per farne un uso attento in casi particolari".

Tang e Reinhard, entrambi assistenti professori di biogeochimica presso la School of Earth and Atmospheric Sciences della Georgia Tech, hanno pubblicato i risultati del loro team in uno studio il 17 novembre, 2017, nel diario Comunicazioni sulla natura . Il loro lavoro è stato finanziato dal NASA Astrobiology Institute, il programma di esobiologia della NASA, e l'Istituto Agouron.

"A livello mondiale, il sistema degli isotopi del cromo è ancora un ottimo indicatore dei livelli di ossigeno atmosferico attraverso i secoli, " ha detto Tang. "Il problema che abbiamo esposto in laboratorio è più locale con campioni isolati, soprattutto durante le epoche in cui non c'era molto ossigeno atmosferico."

ligandi che saltano

Senza una presenza dominante di ossigeno, i ligandi probabilmente costituivano un ottimo sostituto reattivo, come hanno dimostrato i ricercatori nelle reazioni con il cromo. come l'ossigeno, i ligandi attraggono fortemente coppie di elettroni, che è ciò che li caratterizza come gruppo chimico.

E come le reazioni con l'ossigeno, le reazioni con i ligandi consentono a metalli come il cromo di muoversi più facilmente nel mondo. In questo caso, i ricercatori erano interessati ai ligandi organici, leganti che contengono carbonio.

Erano più adatti a eguagliare l'effetto di mobilità dell'ossigeno sul cromo che lo ha fatto finire come segnali nella roccia sedimentaria che gli scienziati, oggi, cercare come un segno dell'antico ossigeno atmosferico.

Ecco più o meno come funziona il sistema di isotopi di cromo, seguito da come i ligandi organici potrebbero creare falsi positivi.

Montagne russe di cromo

La Terra è un enorme laboratorio chimico che esegue reazioni in condizioni che variano dal freddo artico al calore vulcanico, e dalle profondità oceaniche schiaccianti alle atmosfere superiori senza pressione. I venti e le onde spazzano materiali come nastri trasportatori turbolenti, depositandone alcuni in sedimenti che poi si trasformano in pietra.

Il biglietto di Chromium per il giro sulle montagne russe nella roccia sedimentaria era solitamente un agente ossidante che lo rendeva più solubile e più in grado di galleggiare, e l'ossigeno atmosferico era un ossidante ideale. La reazione chimica, che può essere trovato nello studio e ha coinvolto l'ossido di manganese che trasmette ossigeni al cromo, sarebbe un po' come aggiungere pontoni ai composti di cromo.

Per miliardi di anni, L'atmosfera terrestre era quasi priva di O2, ma dopo che l'ossigeno ha cominciato ad aumentare, soprattutto negli ultimi 800 milioni di anni, divenne il prepotente ossidante. E le caratteristiche dei depositi di cromo negli antichi strati di roccia sono diventate un ottimo indicatore di quanto O2 fosse nell'atmosfera.

Oggi, i ricercatori testano campioni di strati di roccia profonda per la relazione tra due isotopi di cromo, 52Cr, di gran lunga l'isotopo Cr più comune, e 53Cr, per ottenere una lettura sulla presenza di ossigeno nelle ere geologiche.

"Spolveri la roccia, la dissolvi con l'acido, e poi si misura il rapporto tra 53Cr e 52Cr nel materiale utilizzando la spettrometria di massa, " Reinhard ha detto. "È il rapporto che conta, e sarà controllato da una serie di processi complessi, ma in generale, 53Cr elevati nelle rocce sedimentarie oceaniche tendono a indicare l'ossigeno nell'atmosfera."

A proposito, questi isotopi del Cr sono stabili e non subiscono decadimento radioattivo, quindi il sistema non funziona come fa la datazione al radiocarbonio, che si basa sul decadimento del carbonio 14.

Impostore chimico

Nel laboratorio, con un piccolo assortimento di leganti organici, Il gruppo di Tang ha mostrato che le reazioni del cromo con i ligandi portano a segnali 53Cr/52Cr che imitano da vicino quelli derivanti dalle reazioni ossigeno-cromo.

"I ligandi hanno la capacità di mobilitare anche il cromo, " disse Tang. "In effetti, i ligandi potrebbero essere un fattore significativo nel controllo dei segnali degli isotopi di cromo in alcuni record di rocce".

I ligandi organici probabilmente esistevano molto prima che l'atmosfera terrestre si riempisse di O2. E oggi, centinaia di milioni di anni dopo che si sono verificate le reazioni, è praticamente impossibile scoprire se l'ossigeno oi ligandi erano all'opera.

Piccole discrepanze

Se non contabilizzato, le reazioni del ligando possono distorcere piccoli dettagli nelle registrazioni delle rocce sull'ossigeno atmosferico, e potrebbero averlo già fatto.

Come i paleontologi, che catalogano antiche ossa di animali e altri fossili, i geologi si mantengono massicci, archivi digitalizzati di roccia che studiano per saperne di più sull'antica storia geologica della Terra. Gli scienziati hanno iniziato a testarne campioni fisici con il sistema di isotopi Cr intorno al 2009 e ad aggiungere i risultati ai record.

"Da allora, sono emerse alcune discrepanze, " Reinhard ha detto. "Gli strati del suolo antichi mostravano tracce di ossigeno quando probabilmente non avrebbe dovuto essere lì. Altri campioni dello stesso periodo non mostravano quel segnale".

Ma alcuni ricercatori confrontati con strani segnali di Cr hanno pensato di essersi forse imbattuti in una scoperta radicale, e hanno sviluppato spiegazioni su come l'O2 possa essere stato sorprendentemente abbondante nel luogo solitario in cui si è formato un particolare strato di roccia, mentre l'ossigeno molecolare era scarso nel resto del globo. Altri sono rimasti perplessi sul fatto che i livelli atmosferici di O2 possano essere aumentati molto prima di quanto indicato da prove schiaccianti.

"Molto di questo potrebbe essere attribuito ad altri processi chimici e non alle interazioni con l'ossigeno, " ha detto Reinhard.

Lo studio può servire come ammonimento su come visualizzare i dati sull'isotopo Cr, soprattutto quando saltano fuori dalla pagina.