Le controversie hanno circondato la roccia dalla Groenlandia (in basso a destra), e il significato della grafite (rossa) con l'apatite (turchese) in tali rocce, negli ultimi 20+ anni. Notare la dimensione della grana grossa di entrambe le formazioni di ferro a bande altamente metamorfosate. Le sezioni sottili (in basso) sono fette sottilissime della roccia. Credito:Dominic Papineau Ph.D.
La scoperta fornisce una nuova caratteristica "biofirma" per tracciare i resti di vita antica conservati nelle rocce che sono significativamente alterate nel corso di miliardi di anni e potrebbero aiutare a identificare la vita altrove nel Sistema Solare.
La ricerca, pubblicato in due articoli, uno nel Giornale della Società Geologica e un altro in Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti —risolve il problema di vecchia data di come gli scienziati possono tenere traccia delle registrazioni della vita sulla Terra in rocce altamente metamorfosate più di 3, 700 milioni di anni, con materiale organico che spesso si trasforma nella grafite minerale a base di carbonio.
Nel primo studio, pubblicato in Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti , il team ha analizzato dieci campioni di roccia di formazioni di ferro a bande (BIF) dal Canada, India, Cina, Finlandia, USA e Groenlandia che coprono oltre 2, 000 milioni di anni di storia.
Sostengono che il carbonio conservato in cristalli simili alla grafite - "carbonio grafitico" - situati accanto a minerali come l'apatite, di cui sono fatti i nostri denti e le nostre ossa, e carbonato, sono le biofirme delle più antiche forme di vita sulla Terra.
"La vita sulla Terra è tutta a base di carbonio e nel tempo, si decompone in diverse sostanze, come carbonato, apatite e olio. Questi rimangono intrappolati in strati di roccia sedimentaria e alla fine l'olio diventa grafite durante il successivo metamorfismo nella crosta, " ha spiegato il dottor Dominic Papineau (UCL Scienze della Terra, Centre for Planetary Sciences e il London Centre for Nanotechnology).
"La nostra scoperta è importante in quanto è oggetto di accesi dibattiti se l'associazione della grafite con l'apatite sia indicativa di un'origine biologica del carbonio trovato nelle rocce antiche. Ora abbiamo molteplici prove che queste associazioni minerali sono biologiche nelle formazioni di ferro a bande. Questo ha enormi implicazioni sul modo in cui determiniamo l'origine del carbonio in campioni di rocce extraterrestri restituite da altre parti del Sistema Solare".
Il team ha studiato la composizione delle rocce BIF in quanto sono quasi sempre di età precambriana (4, da 600 milioni di anni a 541 milioni di anni) e registrano informazioni sugli ambienti più antichi della Terra.
Per questo, hanno analizzato la composizione delle rocce che vanno da 1, 800 milioni di anni a più di 3, 800 milioni di anni utilizzando una serie di metodi che coinvolgono fotoni, elettroni, e ioni per caratterizzare la composizione della grafite e di altri minerali di potenziale origine biogena.
Esempio di grafite submicroscopica (rossa) con carbonato (verde) e magnetite (gialla) all'interno di un cristallo di apatite (turchese) in un vecchio BIF da 3,7 a 4,2 Byr dal Canada. Credito:Matthew S. Dodd Ph.D.
"In precedenza, si presumeva che trovare apatite e grafite insieme nelle rocce antiche fosse un evento raro, ma questo studio mostra che è comune in BIF in una gamma di gradi metamorfici delle rocce, " ha detto il membro del team Dr. Matthew Dodd (UCL Earth Sciences e il London Centre for Nanotechnology).
Si pensa che i minerali di apatite e grafite abbiano due possibili origini:prodotti mineralizzati di materia organica biologica in decomposizione, che include la scomposizione delle molecole nell'olio ad alte temperature, o formazione attraverso reazioni non biologiche che sono rilevanti per la chimica del modo in cui la vita è sorta dalla materia non vivente.
Mostrando prove della diffusa presenza di carbonio grafitico nell'apatite e carbonato in BIF insieme alla sua composizione isotopica di carbonio, i ricercatori concludono che i minerali sono più coerenti con un'origine biologica dai resti delle più antiche forme di vita della Terra.
Per studiare la misura in cui il metamorfismo ad alta temperatura provoca una perdita molecolare, firme elementari e isotopiche dalla materia biologica nelle rocce, hanno analizzato gli stessi minerali da un 1, Roccia BIF di 850 milioni di anni nel Michigan che si era trasformata in un calore di 550 gradi Celsius.
In questo secondo studio, pubblicato oggi in Giornale della Società Geologica , il team mostra che diverse biofirme si trovano nel carbonio grafitico e nell'apatite associata, carbonato e argille.
Hanno usato una varietà di strumenti ad alta tecnologia per rilevare tracce di molecole chiave, elementi, e isotopi di carbonio di grafite e combinato questo con diverse tecniche di microscopia per studiare piccoli oggetti intrappolati nelle rocce che sono invisibili ad occhio nudo.
Insieme, tutte le loro osservazioni sulla composizione sono coerenti con un'origine da biomassa decaduta, come quella di antichi fossili di animali nei musei, ma che è stato fortemente alterato dalle alte temperature.
"I nostri nuovi dati forniscono ulteriori linee di prova che la grafite associata all'apatite nel BIF è molto probabilmente di origine biologica. Inoltre, prendendo una serie di osservazioni da tutta la documentazione geologica, risolviamo una controversia di vecchia data sull'origine del carbonio grafitico isotopico leggero con apatite nel BIF più antico, " disse il dottor Papineau.
"Abbiamo dimostrato che esistono biofirme in formazioni di ferro altamente metamorfosate della Groenlandia e del Canada nord-orientale che sono più di 3, 850 milioni di anni e risalgono all'inizio del record di roccia sedimentaria."
