Un'anomalia del ciclo del carbonio scoperta nelle rocce carbonatiche della Formazione Neoproterozoica Hüttenberg della Namibia nord-orientale segue uno schema simile a quello riscontrato subito dopo il Grande Evento di Ossigenazione, suggerendo nuove prove di come l'atmosfera terrestre sia diventata completamente ossigenata.

Utilizzando la Formazione Hüttenberg, che si è formato tra un miliardo e mezzo miliardo di anni fa, studiare il tempo che intercorre tra il passaggio della Terra da un ambiente anossico (cioè privo di ossigeno) a un ambiente più ospitale che ha preannunciato il regno animale, un team di ricercatori guidati dal Dr. Huan Cui del NASA Astrobiology Institute presso l'Università del Wisconsin-Madison ha scoperto un alto livello di carbonio. Questo afflusso di carbonio, insieme a cambiamenti in altri elementi, indica come il cambiamento dei livelli di ossigeno oceanico possa aver dato una mano alla prima evoluzione animale.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Precambrian Research, accoppiato nuovo ossigeno, zolfo, e dati sugli isotopi di stronzio, con i dati sugli isotopi di carbonio pubblicati nel 2009, ottenuto da carotaggi dalla Formazione Hüttenberg. Insieme, i dati forniscono ulteriori prove che l'ossigeno della Terra è aumentato in modo graduale, invece di essere vincolato a due grandi eventi che ricoprono il Proterozoico (un'epoca geologica durata tra 2,5 miliardi e 541 milioni di anni fa). Il modello risultante delle reazioni redox mutevoli (cioè reazioni che coinvolgono l'ossigenazione e la riduzione tramite lo scambio di elettroni) è stato chiamato Anomalia di Hüttenberg, dopo la formazione rocciosa in cui è stato trovato.

Il dottor Alan J. Kaufman dell'Università del Maryland, chi è il secondo autore dello studio e l'autore principale dello studio sugli isotopi di carbonio del 2009, afferma che i dati accoppiati "suggeriscono che l'aumento dell'ossigeno è stato oscillatorio durante questo intervallo da 50 a 75 milioni di anni associato all'anomalia di Hüttenberg e all'evento di ossidazione neoproterozoica o NOE alla fine del Proterozoico".

L'anomalia mostra come i rapporti isotopici del carbonio ( ¹³ C/ ¹² C) ha sperimentato un aumento di abbondanza da 12 a 14 parti per mille per circa 15 milioni di anni prima di tornare ai livelli bassi precedenti. Con l'aumento dei livelli di ossigeno nell'oceano, i solfuri sono stati convertiti in solfati, che alcuni microbi utilizzano nel loro metabolismo per digerire e riciclare il carbonio organico sul fondo del mare. Gli isotopi dell'ossigeno, carbonio, e lo zolfo si mosse in tandem durante l'anomalia di Hüttenberg, convincere gli scienziati che ciò che stavano vedendo non era solo una coincidenza.

fluttuazioni selvagge

Sebbene sia stato a lungo accettato che alti livelli di ossigeno atmosferico abbiano aperto la strada agli animali per popolare la Terra, i cicli globali del carbonio e dell'ossigeno hanno fluttuato selvaggiamente durante il Proterozoico, tra il momento in cui l'ossigeno si è accumulato per la prima volta nell'atmosfera durante il Grande Evento di Ossigenazione (GOE) circa 2,4 miliardi di anni fa, e il tempo in cui si sono stabilizzati vicino ai livelli moderni una volta che gli animali sono saliti sulla scena mondiale dopo il NOE, circa 500 milioni di anni fa.

Durante il periodo tra questi due eventi, si pensa che gli impulsi della vita unicellulare e i livelli variabili di ossigeno negli oceani abbiano stimolato l'evoluzione della vita più complessa. Queste antiche oscillazioni dell'ossigeno furono cruciali per l'evoluzione della vita multicellulare al confine tra Precambriano e Cambriano (541 milioni di anni fa; il Cambriano è un periodo geologico che ha segnato l'origine e la diversificazione della complessa vita animale sulla Terra). Mentre pozze d'acqua ossigenata crescevano nell'oceano, alla vita è stata data l'opportunità di svilupparsi verso un futuro in cui l'ossigeno sarebbe stato a livelli stabili e alti. L'anomalia di Hüttenberg rappresenta una di queste finestre di opportunità per la vita.

Kaufman paragona il salto di ossigeno a un'altra oasi di ossigeno nel tempo, l'evento Lomagundi subito dopo il GOE. L'evento di Lomagundi è stato descritto come una falsa partenza, quando le concentrazioni di ossigeno sono salite a livelli che potrebbero sostenere un po' di vita, prima di diminuire di nuovo. Non sarebbe stato fino al NOE che l'ossigeno sarebbe salito ai livelli moderni.

"Ecco un'anomalia isotopica nel Neoproterozoico che è ampiamente associata nel tempo con il NOE, ma che ha una struttura di salita e discesa che assomiglia molto al GOE, " Kaufman dice a Astrobiology Magazine. "A entrambe le estremità dell'Eone Proterozoico c'era il rifting continentale, glaciazioni, e profonde fluttuazioni del carbonio; proprio come il GOE era probabilmente responsabile dell'evoluzione dei semplici eucarioti, il NOE è stato coinvolto nell'evoluzione della multicellularità."

Così il GOE inaugurò gli eucarioti, che sono microbi con cellule contenenti un nucleo avvolto da una membrana, e il NOE ha introdotto animali ancora più complessi. Questi eventi eccezionali nella storia della Terra hanno ospitato ciascuno un pool di test evolutivi che ha favorito nuove forme di vita. Resta ancora da vedere come esattamente l'anomalia di Hüttenberg si inserisca in questi eventi o esattamente quale conseguenza evolutiva abbia avuto.

Abitabilità temporanea

Durante il periodo tra il GOE e il NOE, comparirebbero sacche o bolle di abitabilità in un pianeta per lo più inabitabile, ma questi segnali sul radar erano reversibili. Lo spostamento delle calotte glaciali o l'assenza di erosione ridurrebbe elementi come azoto e fosforo richiesti dalla vita fotosintetizzante, causando la scomparsa delle firme di ossigeno e carbonio. Il punto di svolta sarebbe apparso nel periodo Cambriano, quando il pianeta era costantemente ossigenato.

Vediamo effetti simili di anomalie oggi; nella nostra atmosfera per lo più ben ossigenata, ci sono ancora ambienti poveri di ossigeno dove la vita fatica a persistere o prende un percorso evolutivo alternativo:mari interni, grotte sotterranee e zone morte oceaniche dove persistono respiratori di solfati o nitrati mentre il resto del mondo respira ossigeno.

"Ci sono ancora ambienti anossici nella Terra moderna, " Huan Cui, primo autore del saggio, dice. "Se vai nel Mar Nero, è ancora possibile trovare ambienti anossici locali nell'oceano moderno."

In questo studio l'anomalia era l'ossigeno. Oggi, l'anomalia è la mancanza di ossigeno.

Mentre le rocce in altre aree della Namibia sono state ben studiate, gli strati rocciosi contenenti l'anomalia di Hüttenberg sono stati erosi in molte sezioni, lasciando il dato cruciale mancante per decenni.

Dando un'altra occhiata

Dott. Paul Myrow, un professore di geologia al Colorado College che non era coinvolto nello studio, afferma che, dati i limiti di tempo previsti da questo studio, più ricercatori ora daranno un'occhiata più da vicino ad altre antiche formazioni rocciose e riesamineranno se questa anomalia esiste in altre parti del pianeta.

Analizzare se l'aumento dell'ossigeno fosse limitato o diffuso in tutto l'antico oceano o in diversi antichi continenti è qualcosa che ogni studio isotopico deve prendere in considerazione.

"Uno dei modi in cui possiamo ottenere questa risposta è vedere se il segnale dell'anomalia di Hüttenberg può essere abbinato a luoghi in tutto il mondo, "Miro, che studia anche le condizioni oceaniche del Precambriano, dice. "Se c'è questo cambiamento che ha avuto luogo in diversi continenti allo stesso tempo, allora possiamo essere più sicuri che questo sia globale".

In un momento in cui la chimica oceanica del pianeta, placche tettoniche e gli abitanti erano in un tale stato di squilibrio, l'atmosfera instabile e povera di ossigeno della Terra potrebbe essere considerata estremamente pericolosa per gli standard odierni. Mentre la Terra stava cambiando, la sua goffaggine adolescenziale si manifestava come puzzolente, fosse solforiche, situazioni di vita pelose, cambiamenti lunatici nelle sue sistemazioni, e irriverenza verso i suoi co-abitanti. L'anomalia di Hüttenberg è un piccolo passo verso la Terra che arieggia i suoi panni sporchi, ripulire e diventare presentabile per le forme di vita che si sono evolute in seguito.

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