Un nuovo studio condotto da ricercatori della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) e dell'Università di Harvard può aiutare a risolvere una domanda di vecchia data:come piccole quantità di carbonio organico vengono rinchiuse nelle rocce e nei sedimenti, impedendogli di decomporsi. Sapere esattamente come avviene questo processo potrebbe aiutare a spiegare perché la miscela di gas nell'atmosfera è rimasta stabile per così tanto tempo, afferma l'autore principale Jordon Hemingway, un ricercatore post-dottorato ad Harvard ed ex studente alla WHOI. Il documento viene pubblicato il 14 giugno sulla rivista Natura .

anidride carbonica atmosferica (CO2), note di Hemingway, è una forma inorganica di carbonio. Impianti, alghe, e alcuni tipi di batteri possono estrarre quella CO2 dall'aria, e usalo come elemento costitutivo per gli zuccheri, proteine, e altre molecole nel loro corpo. Il processo, che avviene durante la fotosintesi, trasforma il carbonio inorganico in una forma "organica", rilasciando ossigeno nell'atmosfera. Il contrario avviene quando questi organismi muoiono:i microbi iniziano a decomporre i loro corpi, consumando ossigeno e rilasciando CO2 nell'aria.

Uno dei motivi principali per cui la Terra è rimasta abitabile è che questo ciclo chimico è leggermente squilibrato, dice Hemingway. Per qualche ragione, una piccola percentuale di carbonio organico non viene scomposta dai microbi, ma invece rimane conservato sottoterra per milioni di anni.

"Se fosse perfettamente bilanciato, tutto l'ossigeno libero nell'atmosfera verrebbe consumato con la stessa rapidità con cui è stato creato, " dice Hemingway. "Per avere ossigeno rimasto per respirare, parte del carbonio organico deve essere nascosto dove non può decomporsi".

Sulla base delle prove esistenti, i ricercatori hanno sviluppato due possibili ragioni per cui il carbonio viene lasciato indietro. Il primo, chiamato "conservazione selettiva, " suggerisce che alcune molecole di carbonio organico possono essere difficili da scomporre per i microrganismi, quindi rimangono intatti nei sedimenti una volta che tutti gli altri si sono decomposti. Il secondo, chiamata l'ipotesi della "protezione minerale", afferma che le molecole di carbonio organico potrebbero invece formare forti legami chimici con i minerali che li circondano, così forti che i batteri non sono in grado di strapparli via e "mangiarli".

"Storicamente, è stato difficile stabilire quale processo sia dominante. Gli strumenti che abbiamo per la geochimica organica non sono stati abbastanza sensibili, " dice Hemingway. Per questo studio, si rivolse a un metodo chiamato "ossidazione pirolitica rampa", o RPO, per testare le ipotesi in campioni di sedimenti provenienti da tutto il mondo. Con un forno specializzato, ha costantemente aumentato la temperatura di ogni campione a quasi 1000 gradi Celsius, e ha misurato la quantità di anidride carbonica rilasciata durante il riscaldamento. La CO2 rilasciata a temperature più basse rappresentava il carbonio con legami chimici relativamente deboli, mentre il carbonio rilasciato ad alte temperature denotava legami forti che richiedevano più energia per rompersi. Ha anche misurato l'età della CO2 utilizzando metodi di datazione al carbonio.

"Se le molecole organiche vengono preservate a causa della selettività, perché i microbi non sono in grado di scomporle, ci aspetteremmo di vedere una gamma piuttosto ristretta di forza di legame nei campioni. I microbi avrebbero decomposto il resto, lasciando dietro di sé solo pochi tipi ostinati di carbonio organico, " dice. "Ma in realtà abbiamo visto che la diversità dei punti di forza del legame cresce piuttosto che ridursi con il tempo, indicando che un'ampia gamma di tipi di carbonio organico viene preservata. Pensiamo che ciò significhi che stanno ricevendo protezione dai minerali che li circondano".

Hemingway ha anche visto uno schema nei campioni stessi che ha supportato le sue scoperte. Le argille fini come quelle che si trovano agli sbocchi dei fiumi avevano una diversità di legami di carbonio costantemente più elevata rispetto ai sedimenti grossolani o sabbiosi, suggerendo che i sedimenti fini forniscono più superficie su cui il carbonio organico potrebbe attaccarsi.

"Se prendi, dire, granito del New Hampshire e abbatterlo, otterrai una specie di sabbia. Quei grani sono relativamente grandi, quindi non c'è molta superficie disponibile per interagire con la materia organica. You really need fine sediments created via chemical weathering at the surface—things like phyllosilicate clays, " says Valier Galy, a biogeochemist at WHOI and co-author on the paper.

Although this work provides strong evidence for one hypothesis over another, Hemingway and his colleagues are quick to note that it doesn't provide a definitive answer to the organic carbon puzzle. "We were able to put our finger on the mechanism by which carbon is being preserved, but we don't provide information about other factors, like sensitivity to temperature in the environment, ad esempio. There are a lot of other factors to consider. This paper is intended as a sort of waypoint to direct biogeochemists in their research, " says Galy.