Un nuovo studio suggerisce che il rapido raffreddamento all'interno del mantello terrestre attraverso la tettonica a placche ha svolto un ruolo importante nello sviluppo delle prime forme di vita, che a sua volta ha portato all'ossigenazione dell'atmosfera terrestre. Lo studio è stato pubblicato nel numero di marzo 2018 di Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti .

Scienziati dell'Università di Adelaide e della Curtin University in Australia, e l'Università della California a Riverside, California, STATI UNITI D'AMERICA, raccolti e analizzati dati sulle rocce ignee da depositi di dati geologici e geochimici in Australia, Canada, Nuova Zelanda, Svezia e Stati Uniti. Hanno scoperto che durante i 4,5 miliardi di anni di sviluppo della Terra, rocce ricche di fosforo accumulato nella crosta terrestre. Hanno quindi esaminato il rapporto di questo accumulo con quello dell'ossigeno nell'atmosfera.

Il fosforo è essenziale per la vita come la conosciamo. fosfati, che sono composti contenenti fosforo e ossigeno, fanno parte della spina dorsale del DNA e dell'RNA, nonché delle membrane delle cellule, e aiutano a controllare la crescita e la funzione delle cellule.

Per scoprire come il livello di fosforo nella crosta terrestre è aumentato nel tempo, gli scienziati hanno studiato come si è formata la roccia quando il mantello terrestre si è raffreddato. Hanno eseguito la modellazione per scoprire come le rocce derivate dal mantello hanno cambiato la composizione come conseguenza del raffreddamento a lungo termine del mantello.

I loro risultati suggeriscono che durante un primo, periodo più caldo nella storia della Terra - il periodo Archeano tra quattro e 2,5 miliardi di anni fa - c'era una maggiore quantità di mantello fuso. Il fosforo sarebbe stato troppo diluito in queste rocce. Però, col tempo, la Terra si è sufficientemente raffreddata, aiutato dall'inizio della tettonica a zolle, in cui la crosta esterna più fredda del pianeta viene subdotta di nuovo nel mantello caldo. Con questo raffreddamento, le fusioni parziali del mantello sono diventate più piccole.

Come il dottor Grant Cox, uno scienziato della terra presso l'Università di Adelaide e coautore dello studio, spiega, il risultato è che "il fosforo sarà concentrato in piccole percentuali di fusione, così come il mantello si raffredda, la quantità di fusione che estrai è minore, ma quella fusione avrà concentrazioni più elevate di fosforo al suo interno."

Ruolo del fosforo nell'ossidazione della Terra

Il fosforo veniva concentrato e cristallizzato in un minerale chiamato apatite, che divenne parte delle rocce ignee che si erano formate dal mantello raffreddato. Infine, queste rocce raggiunsero la superficie terrestre e formarono gran parte della crosta. Quando i minerali di fosforo derivati ​​dalla crosta si mescolavano con l'acqua dei laghi, fiumi e oceani, l'apatite si scinde in fosfati, che si rese disponibile per lo sviluppo e il nutrimento della vita primitiva.

Gli scienziati hanno stimato la miscelazione degli elementi della crosta terrestre con l'acqua di mare nel tempo. Hanno scoperto che livelli più elevati di elementi bioessenziali sono paralleli ai maggiori aumenti dell'ossigenazione dell'atmosfera terrestre:il Grande Evento di Ossidazione (GOE) 2,4 miliardi di anni fa, e l'evento dell'ossigeno neoproterozoico, 800 milioni di anni fa, dopodiché si presumeva che i livelli di ossigeno fossero sufficientemente alti da supportare la vita multicellulare.

Anche prima del GOE, da circa 3,5 a 2,5 miliardi di anni fa, alcune delle prime forme di vita probabilmente hanno generato ossigeno attraverso la fotosintesi. Però, durante quel periodo, la maggior parte di questo ossigeno reagiva con il ferro e lo zolfo nelle rocce ignee. Per capire come queste reazioni abbiano influito sui livelli di ossigeno nell'atmosfera per un periodo di quattro miliardi di anni, gli scienziati hanno misurato le quantità di zolfo e ferro nelle rocce ignee, e capì quanto ossigeno aveva reagito. Hanno confrontato tutti questi eventi con i cambiamenti nei livelli di ossigeno atmosferico. Gli scienziati hanno scoperto che le diminuzioni di zolfo e ferro insieme all'aumento del fosforo erano in parallelo con il Grande Evento di Ossidazione e l'Evento di Ossigeno Neoproterozoico.

Un'esplosione di vita

Tutti questi eventi supportano uno scenario in cui il raffreddamento del mantello terrestre ha portato all'aumento di rocce ricche di fosforo nella crosta terrestre. Queste rocce poi si mischiarono con gli oceani, dove i minerali contenenti fosforo si rompevano e si riversavano nell'acqua. Una volta che i livelli di fosforo nell'acqua di mare erano sufficientemente alti, le forme di vita primitive prosperarono e il loro numero crebbe, in modo che potessero generare abbastanza ossigeno che la maggior parte di esso raggiungesse l'atmosfera. L'ossigeno ha raggiunto livelli sufficienti per sostenere la vita multicellulare.

Dott. Peter Cawood, un geologo alla Monash University di Melbourne, Australia, commenti a Astrobiology Magazineche, "è intrigante pensare che l'[ossigeno] da cui dipendiamo per la vita debba la sua origine ultima a diminuzioni secolari della temperatura del mantello, che si pensa siano diminuiti da circa 1, 550 gradi Celsius circa tre miliardi di anni fa a circa 1, 350 gradi Celsius oggi".

Potrebbe verificarsi uno scenario simile su una possibile eso-Terra? Con le scoperte di Keplero di un numero crescente di pianeti possibilmente simili alla Terra, qualcuno di questi potrebbe sostenere la vita? Cawood suggerisce che la scoperta è potenzialmente significativa per lo sviluppo della vita aerobica (cioè la vita che si evolve in un ambiente ricco di ossigeno) sugli esopianeti. "Ciò è a condizione che [il fosforo] all'interno delle rocce ignee sulla superficie del pianeta sia sottoposto ad agenti atmosferici per garantirne la biodisponibilità, "dice Cawood. "Significativamente, il contenuto di fosforo delle rocce ignee è più alto in quelle rocce povere di silice [rocce formate da un rapido raffreddamento] e le rocce di questa composizione dominano le croste di Venere e Marte e probabilmente anche sugli esopianeti."

Cox conclude dicendo che, "Questa relazione [tra l'aumento dei livelli di ossigeno e il raffreddamento del mantello] ha implicazioni per qualsiasi pianeta terrestre. Tutti i pianeti si raffredderanno, e quelli con un'efficiente convezione tettonica a zolle si raffredderanno più rapidamente. Siamo rimasti alla conclusione che la velocità di tale raffreddamento può influenzare la velocità e il modello dell'evoluzione biologica su qualsiasi pianeta potenzialmente abitabile".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.