I livelli di ossigeno della Terra sono aumentati e diminuiti più di una volta centinaia di milioni di anni prima del successo planetario del Grande Evento di Ossidazione circa 2,4 miliardi di anni fa, mostra una nuova ricerca dell'Università di Washington.

Le prove provengono da un nuovo studio che indica un secondo e molto precedente "soffio" di ossigeno nel lontano passato della Terra - nell'atmosfera e sulla superficie di un ampio tratto di oceano - mostrando che l'ossigenazione della Terra era un processo complesso di ripetuti tentativi e fallimenti per un vasto periodo di tempo.

La scoperta potrebbe anche avere implicazioni nella ricerca della vita oltre la Terra. I prossimi anni porteranno nuovi potenti telescopi terrestri e spaziali in grado di analizzare le atmosfere di pianeti lontani. Questo lavoro potrebbe aiutare a impedire agli astronomi di escludere indebitamente "falsi negativi, " o pianeti abitati che a prima vista potrebbero non sembrare così a causa di livelli di ossigeno non rilevabili.

"La produzione e la distruzione di ossigeno nell'oceano e nell'atmosfera nel tempo è stata una guerra senza prove di un chiaro vincitore, fino al Grande Evento di Ossidazione, " ha detto Matt Koehler, uno studente di dottorato in Scienze della Terra e dello spazio e autore principale di un nuovo articolo pubblicato la settimana del 9 luglio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Questi eventi transitori di ossigenazione erano battaglie nella guerra, quando l'equilibrio si è spostato più a favore dell'ossigenazione."

Nel 2007, co-autore Roger Buick, Professore UW di Scienze della Terra e dello spazio, faceva parte di un team internazionale di scienziati che ha trovato prove di un episodio - un "soffio" - di ossigeno da 50 a 100 milioni di anni prima del Grande Evento di Ossidazione. Questo hanno appreso perforando in profondità la roccia sedimentaria del Monte McRae Shale nell'Australia occidentale e analizzando i campioni per i metalli in tracce molibdeno e renio, il cui accumulo dipende dall'ossigeno nell'ambiente.

Ora, un team guidato da Koehler ha confermato una seconda apparizione di ossigeno nel passato della Terra, questa volta circa 150 milioni di anni prima, o circa 2,66 miliardi di anni fa, e dura meno di 50 milioni di anni. Per questo lavoro hanno usato due diversi proxy per l'ossigeno:gli isotopi dell'azoto e l'elemento selenio, sostanze che, ognuno a suo modo, raccontano anche della presenza di ossigeno.

"Ciò che abbiamo in questo documento è un'altra rilevazione, ad alta risoluzione, di un transitorio soffio di ossigeno, " ha detto Koehler. "Gli isotopi di azoto raccontano una storia sull'ossigenazione della superficie dell'oceano, e questa ossigenazione si estende per centinaia di chilometri attraverso un bacino marino e dura da qualche parte meno di 50 milioni di anni".

Il team ha analizzato campioni prelevati da Buick nel 2012 in un altro sito nella parte nord-occidentale dell'Australia occidentale chiamato Jeerinah Formation.

I ricercatori hanno perforato due carote a circa 300 chilometri di distanza ma attraverso le stesse rocce sedimentarie:una carota campiona i sedimenti depositati in acque meno profonde, e gli altri campioni di sedimenti provenienti da acque più profonde. L'analisi degli strati successivi negli anni delle rocce mostra, Buick ha detto, un cambiamento "graduale" negli isotopi di azoto "e poi di nuovo a zero. Questo può essere interpretato solo nel senso che c'è ossigeno nell'ambiente. È davvero bello e improvviso".

Gli isotopi di azoto rivelano l'attività di alcuni microrganismi marini che utilizzano l'ossigeno per formare nitrati, e altri microrganismi che utilizzano questo nitrato per produrre energia. I dati raccolti dagli isotopi di azoto campionano la superficie dell'oceano, mentre il selenio suggerisce l'ossigeno nell'aria della Terra antica. Koehler ha detto che l'oceano profondo era probabilmente anossico, o senza ossigeno, al tempo.

Il team ha trovato abbondante selenio solo nel foro poco profondo, nel senso che proveniva dalla vicina terra, non arrivare ad acque più profonde. Il selenio è contenuto nei minerali di zolfo sulla terra; una maggiore quantità di ossigeno atmosferico causerebbe la lisciviazione di più selenio dalla terra attraverso l'erosione ossidativa - "l'arrugginimento delle rocce, " disse Buick e fu trasportato in mare.

"Quel selenio si accumula poi nei sedimenti oceanici, " ha detto Koehler. "Quindi, quando misuriamo un picco nell'abbondanza di selenio nei sedimenti oceanici, potrebbe significare che c'è stato un aumento temporaneo dell'ossigeno atmosferico."

Il ritrovamento, Buick e Koehler hanno detto, ha anche rilevanza per rilevare la vita sugli esopianeti, o quelli oltre il sistema solare.

"Si pensa che una delle biofirme atmosferiche più forti sia l'ossigeno, ma questo studio conferma che durante la transizione di un pianeta per diventare permanentemente ossigenato, i suoi ambienti superficiali possono essere ossici per intervalli di pochi milioni di anni e poi ricadere nell'anossia, " ha detto Bui.

"Così, se non riesci a rilevare l'ossigeno nell'atmosfera di un pianeta, ciò non significa che il pianeta sia disabitato o anche che manchi di vita fotosintetica. Semplicemente che non ha accumulato abbastanza fonti di ossigeno per sopraffare i "pozzi" per più di un breve intervallo.

"In altre parole, la mancanza di ossigeno può facilmente essere un "falso negativo" per la vita".

Koehler ha aggiunto:"Potresti guardare un pianeta e non vedere ossigeno, ma potrebbe pullulare di vita microbica".