Roger Buick nel 2004 al Mount McRae Shale nell'Australia occidentale. Le rocce perforate qui vicino mostrano "sbuffi" di ossigeno avvenuti prima del Grande Evento di Ossidazione, 2,4 miliardi di anni fa. Nuove analisi mostrano un picco leggermente precedente nell'elemento mercurio emesso dai vulcani, che potrebbe aver potenziato le popolazioni di organismi unicellulari per produrre un temporaneo "soffio" di ossigeno. Credito:Roger Buick/Università di Washington
Una nuova analisi di rocce australiane di 2,5 miliardi di anni fa rileva che le eruzioni vulcaniche potrebbero aver stimolato l'aumento della popolazione di microrganismi marini, creando i primi sbuffi di ossigeno nell'atmosfera. Questo cambierebbe le storie esistenti sull'atmosfera primitiva della Terra, che presumeva che la maggior parte dei cambiamenti nell'atmosfera primitiva fosse controllata da processi geologici o chimici.
Sebbene incentrato sulla storia antica della Terra, la ricerca ha anche implicazioni per la vita extraterrestre e persino per il cambiamento climatico. Lo studio condotto dall'Università di Washington, l'Università del Michigan e altre istituzioni è stato pubblicato in agosto nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
"Ciò che ha iniziato a diventare ovvio negli ultimi decenni è che in realtà ci sono un certo numero di connessioni tra il solido, Terra non vivente e l'evoluzione della vita, " ha detto la prima autrice Jana Meixnerová, uno studente di dottorato UW in Scienze della Terra e dello spazio. "Ma quali sono le connessioni specifiche che hanno facilitato l'evoluzione della vita sulla Terra come la conosciamo?"
Nei suoi primi giorni, La Terra non aveva ossigeno nella sua atmosfera e pochi, se del caso, forme di vita che respirano ossigeno. L'atmosfera terrestre è diventata permanentemente ricca di ossigeno circa 2,4 miliardi di anni fa, probabilmente dopo un'esplosione di forme di vita che fotosintetizzano, trasformando anidride carbonica e acqua in ossigeno.
Ma nel 2007, il coautore Ariel Anbar dell'Arizona State University ha analizzato le rocce del Monte McRae Shale nell'Australia occidentale, segnalando un soffio di ossigeno a breve termine da circa 50 a 100 milioni di anni prima che diventasse un elemento fisso nell'atmosfera. Ricerche più recenti hanno confermato altri, picchi di ossigeno a breve termine, ma non ha spiegato la loro ascesa e caduta.
Nel nuovo studio, ricercatori dell'Università del Michigan, guidato dall'autore corrispondente Joel Blum, analizzato le stesse antiche rocce per la concentrazione e il numero di neutroni nell'elemento mercurio, emessi da eruzioni vulcaniche. Grandi eruzioni vulcaniche fanno esplodere gas di mercurio nell'alta atmosfera, dove oggi circola per un anno o due prima di piovere sulla superficie terrestre. La nuova analisi mostra un picco di mercurio qualche milione di anni prima del temporaneo aumento dell'ossigeno.
"Abbastanza sicuro, nella roccia sotto il picco transitorio di ossigeno abbiamo trovato tracce di mercurio, sia nella sua abbondanza che negli isotopi, che sarebbe più ragionevolmente spiegato dalle eruzioni vulcaniche nell'atmosfera, " ha detto il co-autore Roger Buick, un professore UW di Scienze della Terra e dello Spazio.
Questi sono carotaggi di rocce dal Monte McRae Shale nell'Australia occidentale. Analisi precedenti hanno mostrato un "soffio" di ossigeno atmosferico precedente al Grande Evento di Ossidazione, 2,4 miliardi di anni fa. Nuove analisi mostrano un picco leggermente precedente nei minerali prodotti dai vulcani, che potrebbero aver fecondato le prime comunità di microbi per produrre l'ossigeno. Credito:Roger Buick/Università di Washington
Dove c'erano emissioni vulcaniche, ragionano gli autori, dovevano esserci campi di lava e cenere vulcanica. E quelle rocce ricche di sostanze nutritive avrebbero resistito al vento e alla pioggia, rilasciando fosforo nei fiumi che potrebbero fertilizzare le zone costiere vicine, permettendo ai cianobatteri produttori di ossigeno e ad altre forme di vita unicellulari di prosperare.
"Esistono altri nutrienti che modulano l'attività biologica in tempi brevi, ma il fosforo è quello che è più importante su tempi lunghi, " Ha detto Meixnerová.
Oggi, il fosforo è abbondante nel materiale biologico e nei fertilizzanti agricoli. Ma in tempi molto antichi, l'erosione delle rocce vulcaniche sarebbe stata la fonte principale di questa risorsa scarsa.
"Durante gli agenti atmosferici sotto l'atmosfera Archea, la fresca roccia basaltica si sarebbe lentamente dissolta, rilasciando nei fiumi il macronutriente essenziale fosforo. Ciò avrebbe alimentato i microbi che vivevano nelle zone costiere poco profonde e innescato un aumento della produttività biologica che avrebbe creato, come sottoprodotto, un picco di ossigeno, " Ha detto Meixnerová.
La posizione precisa di quei vulcani e campi di lava è sconosciuta, ma grandi campi di lava dell'età giusta esistono nell'India moderna, Canada e altrove, ha detto Buick.
"Il nostro studio suggerisce che per questi sbuffi transitori di ossigeno, l'innesco immediato è stato un aumento della produzione di ossigeno, piuttosto che una diminuzione del consumo di ossigeno da parte di rocce o altri processi non viventi, " Buick ha detto. "È importante perché la presenza di ossigeno nell'atmosfera è fondamentale:è il più grande motore per l'evoluzione di grandi, vita complessa».
In definitiva, i ricercatori affermano che lo studio suggerisce come la geologia di un pianeta potrebbe influenzare qualsiasi vita che si evolve sulla sua superficie, una comprensione che aiuta a identificare gli esopianeti abitabili, o pianeti al di fuori del nostro sistema solare, nella ricerca della vita nell'universo.
