Ossigeno sotto forma di molecola di ossigeno (O2), prodotto dalle piante e vitale per gli animali, è fortunatamente abbondante nell'atmosfera terrestre e negli oceani. Ricercatori che studiano la storia dell'O2 sulla Terra, però, sappiamo che è stato relativamente scarso per gran parte dei 4,6 miliardi di anni di esistenza del nostro pianeta.

Quindi, quando e dove ha iniziato ad accumularsi O2 sulla Terra?

Studiando le rocce antiche, i ricercatori hanno determinato che tra 2,5 e 2,3 miliardi di anni fa, La Terra ha subito quello che gli scienziati chiamano il "Grande Evento di Ossidazione" o "GOE" in breve. L'O2 si è accumulato per la prima volta nell'atmosfera terrestre in questo momento ed è sempre stato presente.

Attraverso numerosi studi in questo campo di ricerca, però, sono emerse prove che c'erano quantità minori di O2 in piccole aree degli antichi oceani poco profondi della Terra prima del GOE. E in uno studio pubblicato di recente sulla rivista Geoscienze naturali , un gruppo di ricerca guidato da scienziati dell'Arizona State University (ASU) ha fornito prove convincenti per una significativa ossigenazione dell'oceano prima del GOE, su scala più ampia e a profondità maggiori di quanto precedentemente riconosciuto.

Per questo studio, il team ha preso di mira una serie di rocce sedimentarie marine di 2,5 miliardi di anni dall'Australia occidentale conosciute come Mt. McRae Shale. "Queste rocce erano perfette per il nostro studio perché in precedenza era stato dimostrato che si erano depositate durante un episodio di ossigenazione anomala prima del Grande Evento di Ossidazione, ", afferma l'autore principale Chadlin Ostrander della School of Earth and Space Exploration dell'ASU.

Gli scisti sono rocce sedimentarie che erano, in qualche momento nel passato della Terra, depositato sul fondo marino di antichi oceani. In alcuni casi, questi scisti contengono le impronte chimiche degli antichi oceani in cui sono stati depositati.

Per questa ricerca, Ostrander ha sciolto campioni di scisto ed elementi separati di interesse in un laboratorio pulito, quindi le composizioni isotopiche misurate su uno spettrometro di massa. Questo processo è stato completato con l'aiuto dei coautori Sune Nielsen della Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts); Jeremy Owens alla Florida State University; Brian Kendall dell'Università di Waterloo (Ontario, Canada); gli scienziati Gwyneth Gordon e Stephen Romaniello della School of Earth and Space Exploration dell'ASU; e Ariel Anbar della School of Earth and Space Exploration e School of Molecular Sciences dell'ASU. La raccolta dei dati ha richiesto più di un anno e ha utilizzato le strutture della Woods Hole Oceanographic Institution, Università statale della Florida, e ASU.

Utilizzando spettrometri di massa, il team ha misurato le composizioni isotopiche di tallio e molibdeno del Mt. McRae Shale. Questa è stata la prima volta che entrambi i sistemi di isotopi sono stati misurati nello stesso set di campioni di scisto. Come ipotizzato, è emerso un modello prevedibile di isotopi di tallio e molibdeno, indicando che i minerali di ossido di manganese venivano sepolti nel fondo del mare su vaste regioni dell'antico oceano. Perché questa sepoltura avvenga, L'O2 doveva essere presente fino al fondo del mare 2,5 miliardi di anni fa.

Questi risultati migliorano la comprensione da parte degli scienziati della storia dell'ossigenazione degli oceani della Terra. L'accumulo di O2 probabilmente non era limitato a piccole porzioni della superficie dell'oceano prima del GOE. Più probabilmente, L'accumulo di O2 si estendeva su vaste regioni dell'oceano e si estendeva fino alle profondità dell'oceano. In alcune di queste zone, L'accumulo di O2 sembra essersi esteso fino al fondo del mare.

"La nostra scoperta ci costringe a ripensare all'ossigenazione iniziale della Terra, " afferma Ostrander. "Molte linee di prove suggeriscono che l'O2 ha iniziato ad accumularsi nell'atmosfera terrestre dopo circa 2,5 miliardi di anni fa durante il GOE. Però, ora è evidente che l'ossigenazione iniziale della Terra è una storia radicata nell'oceano. L'O2 probabilmente si è accumulato negli oceani della Terra, a livelli significativi, secondo i nostri dati, ben prima di farlo nell'atmosfera".

"Ora che sappiamo quando e dove l'O2 ha iniziato ad accumularsi, la domanda successiva è perché", afferma Anbar, professore del presidente dell'ASU e coautore. "Pensiamo che i batteri che producono O2 prosperassero negli oceani molto prima che l'O2 iniziasse ad accumularsi nell'atmosfera. Cosa è cambiato per causare quell'accumulo? Questo è ciò su cui stiamo lavorando dopo".