La Terra primitiva era calda, gassoso, pianeta polveroso e dinamico con un'atmosfera e un oceano. Poi la sua superficie si è raffreddata e stabilizzata abbastanza per le nuvole, masse continentali e primi anni di vita per formarsi circa quattro miliardi di anni fa, durante quella che viene chiamata l'età isotopica delle rocce, o il periodo Archeano. I sottoprodotti chimici atmosferici di quel tempo viaggiarono nell'aria e si depositarono all'interno della roccia più antica del pianeta, registrare le prime attività della vita come la fotosintesi e la produzione di ossigeno.

Gli isotopi di zolfo possono fungere da traccianti dell'ossigeno atmosferico, e nuovi dati raccolti dall'atmosfera odierna in Cina da un team internazionale di ricercatori, guidato dall'Università della California a San Diego, indicano una notevole somiglianza con l'impronta isotopica trovata nelle rocce antiche. Ciò apre nuove interpretazioni della firma sedimentaria dell'isotopo di zolfo del periodo Archeano, un proxy per le origini e l'evoluzione dell'ossigeno atmosferico e dei primi anni di vita sulla Terra.

Lo studio condotto da Mark Thiemens, illustre professore di chimica e biochimica; Mang Lin, un recente dottorato di ricerca laureato alla UC San Diego e Yanan Shen, un professore presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, è pubblicato nel numero attuale del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . La loro ricerca ha comportato l'esecuzione di misurazioni attuali di aerosol di solfato di cinque isotopi di zolfo da campioni di aerosol atmosferici raccolti sul Monte Wuyi, un sito remoto in Cina, e Canton, una megalopoli. Le misurazioni degli isotopi, eseguita presso l'UC San Diego e l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha risolto i meccanismi chimici e il trasporto degli aerosol atmosferici a un nuovo livello scientifico.

"Utilizzando gli isotopi stabili e radioattivi, siamo stati in grado di concentrarci su nuove fonti dell'effetto isotopico oggi e definire meglio l'atmosfera primitiva e l'evoluzione della vita, "Ha detto Thiemens.

Thiemens ha spiegato che nell'atmosfera di Archean i livelli di ossigeno e ozono erano abbastanza bassi che la luce ultravioletta (UV) penetrava nella superficie terrestre e dissociava l'anidride solforosa, forense producendo uno specifico pattern isotopico. Lo studio rivela che le composizioni stabili degli isotopi di zolfo sono misurazioni anomale e imitano gli antichi isotopi di zolfo.

Inoltre, Thiemens ha spiegato che la fotodistruzione dell'anidride solforosa mediante luce UV nell'atmosfera terrestre primitiva fornisce una misura dei livelli di ossigeno. Ha detto che i livelli di ossigeno e di ozono della Terra primitiva erano sufficientemente bassi in modo che la luce UV raggiungesse la superficie terrestre, dissociando l'anidride solforosa e producendo le anomalie.

La misurazione delle anomalie dello zolfo nelle rocce più antiche come misura dei livelli di ossigeno è stata scoperta presso il laboratorio del Thiemens Research Group presso l'UC San Diego con James Farquhar e Huiming Bao. Il metodo è ampiamente utilizzato per monitorare i livelli di ossigeno prima di circa 2,2 miliardi di anni fa, quando i livelli di ossigeno e ozono sono saliti a livelli tali che la luce UV è stata filtrata e l'anomalia è scomparsa dal record di roccia.

"Una sorpresa dalle misurazioni di Mang Lin è stata quella con il tracciante stratosferico combinato Sulphur-35 (un isotopo di zolfo radioattivo), e un altro isotopo stabile di zolfo stabile, non c'è correlazione, " ha affermato Thiemens. "È stato dimostrato dalla correlazione con noti prodotti di combustione che i processi di combustione e combustione della biomassa producono questa specifica anomalia isotopica, che prima non si conosceva, fornendo una nuova interpretazione della chimica della Terra primitiva e suggerendo che ci sono altri processi che si verificano nella Terra primordiale, come i vulcani, che potrebbe produrre le anomalie insieme alla fotolisi della luce UV".

Secondo Thiemens, questo studio fornisce "l'ennesimo fremito di freccia" per analizzare i processi che si verificano nella Terra primordiale e definire sia l'origine che il cambiamento della vita.