Centinaia di milioni di anni fa, nel mezzo di quello che sarebbe poi diventato il territorio canadese dello Yukon, un oceano vorticoso di trilobiti corazzati, brachiopodi simili a vongole e morbidi, creature morbide simili a lumache e calamari.

Un gruppo internazionale di scienziati lungo le rive del fiume Peel, a poche centinaia di miglia a sud del Mare di Beaufort, nell'Artico, è stato ora portato alla luce un tesoro di fossili e strati rocciosi formatisi su quell'antico fondo oceanico. La scoperta rivela i cambiamenti di ossigeno sul fondo del mare in quasi 120 milioni di anni dell'inizio dell'era paleozoica, un tempo che ha favorito il più rapido sviluppo e diversificazione di complessi, vita multicellulare nella storia della Terra.

"È inaudito avere così tanto della storia della Terra in un unico posto, ", ha affermato il geologo della Stanford University Erik Sperling, autore principale di uno studio del 7 luglio che dettaglia i risultati del team in Progressi scientifici . La maggior parte delle formazioni rocciose dell'era paleozoica sono state frantumate da forze tettoniche o erose nel tempo. "Non c'è nessun altro posto al mondo che io conosca dove si possa studiare un così lungo resoconto della storia della Terra, dove non c'è praticamente alcun cambiamento in cose come la profondità dell'acqua o il tipo di bacino."

L'ossigeno scarseggiava nelle acque profonde di questo e di altri oceani all'alba del Paleozoico, circa 541 milioni di anni fa. Rimase scarso fino al Devoniano, circa 405 milioni di anni fa, quando, in un batter d'occhio geologico, non più di qualche milione di anni, l'ossigeno probabilmente è schizzato a livelli vicini a quelli degli oceani moderni e la diversità della vita sulla Terra è esplosa. Grande, apparvero pesci predatori. Felci e conifere primitive hanno marciato attraverso i continenti precedentemente governati da batteri e alghe. Le libellule hanno preso il volo. E tutto questo dopo quasi quattro miliardi di anni di paesaggi terrestri virtualmente aridi.

Gli scienziati hanno a lungo discusso su cosa potrebbe aver causato il drammatico passaggio da un mondo a basso contenuto di ossigeno a uno più ossigenato che potrebbe supportare una rete diversificata di vita animale. Ma fino ad ora, è stato difficile definire i tempi dell'ossigenazione globale o il lungo termine, stato di fondo degli oceani e dell'atmosfera del mondo durante l'era che ha visto sia la cosiddetta esplosione di vita del Cambriano sia la prima delle estinzioni di massa dei "Big Five" della Terra, circa 445 milioni di anni fa alla fine dell'Ordoviciano.

"Per fare confronti tra queste enormi parti della nostra storia e comprendere le tendenze a lungo termine, hai bisogno di una registrazione continua, " disse Sperling, un assistente professore di scienze geologiche presso la Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth).

Contesto per la vita passata

Con il permesso delle comunità Na Cho Nyak Dun e Tetlit Gwitch'in nello Yukon, La squadra di Sperling, che includeva ricercatori del Dartmouth College e dello Yukon Geological Survey, trascorse tre estati presso il sito di Peel River. Arrivando in elicottero, il team di ricerca ha attraversato la boscaglia con i machete accanto alle rapide di classe VI per raccogliere centinaia di campioni di roccia delle dimensioni di un pugno da più di un miglio di strati di scisto intercalati, selce e fango di calce.

Al laboratorio di Sperling a Stanford, un piccolo esercito di studenti universitari e laureati estivi ha lavorato per cinque estati per aiutare ad analizzare i fossili e le sostanze chimiche sepolte nelle rocce. "Abbiamo passato molto tempo a spaccare rocce aperte e a guardare fossili di graptolite, " ha detto Sperling. Poiché i graptoliti hanno evoluto una vasta gamma di forme del corpo riconoscibili in tempi relativamente brevi, i segni a matita lasciati dai fossili di queste creature marine che abitano nelle colonie danno ai geologi un modo per datare le rocce in cui si trovano.

Una volta che i ricercatori hanno finito di identificare e datare i fossili di graptolite, macinavano le rocce in un mulino, poi misurato il ferro, carbonio, fosforo e altri elementi nella polvere risultante per valutare le condizioni oceaniche nel momento e nel luogo in cui si sono formati gli strati. Hanno analizzato 837 nuovi campioni dal sito di Peel River, così come 106 nuovi campioni da altre parti del Canada e 178 campioni da tutto il mondo per il confronto.

Vincitori e vinti

I dati mostrano bassi livelli di ossigeno, o anossia, probabilmente è persistita negli oceani del mondo per milioni di anni in più di quanto si pensasse in precedenza, fino al Fanerozoico, quando le piante terrestri e i primi animali iniziarono a diversificarsi. "I primi animali vivevano ancora in un mondo a basso contenuto di ossigeno, " ha detto Sperling. Contrariamente alle ipotesi di vecchia data, gli scienziati hanno scoperto che anche gli oceani paleozoici erano sorprendentemente privi di idrogeno solforato, una tossina respiratoria che si trova spesso nelle regioni anossiche degli oceani moderni.

Quando l'ossigeno alla fine ha fatto tic tac verso l'alto negli ambienti marini, è venuto fuori altrettanto più grande, decollò la vita vegetale più complessa. "C'è un sacco di dibattito su come le piante abbiano avuto un impatto sul sistema Terra, " ha detto Sperling. "I nostri risultati sono coerenti con un'ipotesi che come le piante si sono evolute e hanno coperto la Terra, hanno aumentato i nutrienti all'oceano, guidando l'ossigenazione." In questa ipotesi, l'afflusso di nutrienti al mare avrebbe dato un impulso alla produttività primaria, una misura di quanto velocemente piante e alghe assorbono anidride carbonica e luce solare, trasformarli in nuova biomassa e rilasciare ossigeno nel processo.

Il cambiamento probabilmente ha ucciso i graptoliti. "Anche se più ossigeno è davvero buono per molti organismi, i graptoliti hanno perso l'habitat povero di ossigeno che era il loro rifugio, " Ha detto Sperling. "Qualsiasi cambiamento ambientale avrà vincitori e vinti. I graptoliti potrebbero essere stati i perdenti".