Una nuova ricerca condotta dall'Università di St Andrews aiuta a rispondere a una delle domande più frequenti in geoscienza, quando la Terra ha iniziato a diventare abitabile per la vita complessa?

La ricerca, guidato dalla Scuola di Scienze della Terra e dell'Ambiente, e pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) oggi affronta questo problema definendo quale è venuto prima, il Grande Evento di Ossidazione (GOE) o il periodo Paleoproterozoico della Terra delle palle di neve. La tempistica relativa di questi eventi globali è fondamentale per comprendere i cambiamenti nella composizione atmosferica e nelle condizioni climatiche, e come sono iniziati i primi segni di vita sulla Terra.

All'inizio della storia della Terra, l'atmosfera era priva di ossigeno e come tale sarebbe stata ostile a gran parte della vita che copre il pianeta oggi. Da oltre mezzo secolo, i geologi hanno cercato di individuare esattamente quando i livelli di ossigeno atmosferico hanno iniziato a salire, consentendo così alla Terra di diventare più abitabile per complessi, vita pluricellulare. Il consenso scientifico è stato che il primo notevole aumento di ossigeno si è verificato durante il Great Oxidation Event (GOE), tra 2,4 e 2,3 miliardi di anni fa.

Associato a questo GOE, rocce dal Canada, Sud Africa, La Russia e altrove mostrano che si è verificata una grande glaciazione globale. L'evidenza geologica suggerisce che le calotte glaciali si sono estese ai tropici in quello che è stato definito un evento di "palla di neve terrestre". Ciò che è rimasto poco chiaro, tuttavia, è la tempistica relativa di questi eventi.

Il team di ricercatori si è concentrato sulla definizione dei tempi del GOE esaminando una serie di carotaggi provenienti dalla Russia nord-occidentale (Fennoscandia), raccolte nell'ambito del programma internazionale di perforazione FAR-DEEP. Gli scienziati hanno studiato due formazioni rocciose, la più antica Formazione Sedimentaria Seidorechka e la più giovane Formazione Sedimentaria Polisarka.

Il team ha condotto un'analisi degli isotopi di zolfo per determinare quale fosse probabilmente il contenuto di ossigeno nell'atmosfera al momento della deposizione di ciascuna successione di rocce. Ciò ha richiesto lo sviluppo di una nuova tecnica analitica in grado di analizzare, con alta precisione, tutti e quattro gli isotopi stabili dello zolfo. Di conseguenza, l'Università di St Andrews ha ora l'unico laboratorio nel Regno Unito con questa capacità e solo il secondo laboratorio al mondo a sviluppare questo particolare metodo.

I cambiamenti nelle quantità relative di ciascun isotopo di zolfo nei campioni hanno permesso al team di identificare se gli isotopi di zolfo in queste rocce seguono un rapporto prevedibile, frazionamento dipendente dalla massa o MDF, o se non riescono a seguire un rapporto prevedibile, indicando frazionamento indipendente dalla massa o MIF. È possibile produrre e conservare MIF di zolfo solo in un'atmosfera priva di ossigeno significativo; quando i livelli di ossigeno aumentano, l'MDF allo zolfo prende il sopravvento. Perciò, un indicatore comune per il GOE è questa transizione da MIF a MDF nel record del rock.

L'analisi ha rilevato che la formazione sedimentaria di Seidorechka più vecchia conserva MIF di zolfo, ma la formazione sedimentaria di Polisarka più giovane conserva le condizioni di MDF di zolfo. Ciò significa che il GOE si è verificato a volte tra la deposizione di queste due successioni rocciose. Utilizzando i limiti di età pubblicati in precedenza, i ricercatori hanno concluso che il GOE deve essersi verificato tra 2,50 e 2,43 miliardi di anni fa. Questa è un'età più vecchia per il GOE che in precedenza si pensava si fosse verificata da 2,48 a 2,39 miliardi di anni fa e limita un più stretto, intervallo di tempo di circa 70 milioni di anni in cui potrebbe essersi verificato.

Scienziato capo, Dottor Matthew Warke, della Scuola di Scienze della Terra e dell'Ambiente, ha dichiarato:"La nostra ricerca ci consente di affermare in modo definitivo che il GOE ha preceduto la prima glaciazione della Terra a palla di neve nella storia poiché si pensa che quest'ultima si sia verificata circa 2,42 miliardi di anni fa. Ciò solleva la possibilità che l'aumento di ossigeno nell'atmosfera terrestre durante il GOE potrebbe aver innescato una delle glaciazioni più gravi che il pianeta abbia mai sperimentato.

"Un possibile meccanismo attraverso il quale questo potrebbe essere accaduto, coerente con i nostri risultati e il pensiero attuale, è che l'aumento dei livelli di ossigeno atmosferico potrebbe aver destabilizzato in modo critico una serra dominata dal metano, causando un rapido abbassamento delle temperature superficiali. Altri meccanismi potrebbero aver operato, ma in modo cruciale i nostri risultati escludono qualsiasi meccanismo che invochi che la glaciazione a valanga si sia verificata prima del GOE, risolvere uno dei più antichi problemi di "pollo o uovo" nella storia della Terra".