Rappresentazione artistica di come avrebbe potuto apparire la Terra nell'Eone Archeano, da 4 a 2,5 miliardi di anni fa. Credito:Peter Sawyer/Smithsonian Institution
Gli scienziati hanno a lungo dibattuto sulla quantità di ossigeno molecolare nell'atmosfera primitiva della Terra. Circa 2,4 miliardi di anni fa, c'è stato un aumento dell'ossigeno che ha trasformato l'atmosfera e la biosfera della Terra, alla fine rendendo possibile una vita come la nostra. Questa transizione è chiamata "Grande Evento di Ossidazione". Ma quanto ossigeno c'era nell'atmosfera prima di questo momento?
Un team di scienziati, guidato dall'ex studentessa di dottorato dell'Arizona State University Aleisha Johnson, ha lavorato per svelare il mistero di come era stata preparata la scena per il Grande Evento di Ossidazione.
Utilizzando la modellazione al computer, Johnson e il suo team hanno determinato la quantità di ossigeno che potrebbe essere stata presente sulla superficie terrestre prima del Grande Evento di Ossidazione e le implicazioni per la vita sulla Terra primordiale.
"Tutti respiriamo ossigeno, e viviamo tutti sull'unico pianeta conosciuto dove ciò è possibile, " dice Johnson. "Con il nostro studio, siamo un passo più vicini alla comprensione di come sia successo, di come la Terra sia stata in grado di passare a, e sostenere, un'atmosfera ricca di ossigeno."
I risultati del loro studio sono stati pubblicati in Progressi scientifici .
Il puzzle di vecchia data
I geoscienziati che studiano la documentazione rocciosa della Terra hanno trovato prove apparentemente contrastanti sull'atmosfera primitiva della Terra. Da una parte, le "impronte digitali" di ossigeno trovate dopo il Grande Evento di Ossidazione sono per lo più mancanti prima di quel momento, portando alcuni scienziati a sostenere che fosse assente.
Ma recenti scoperte suggeriscono almeno una scomposizione di minerali comuni che reagiscono vigorosamente in presenza di ossigeno, e almeno un po' di rifornimento agli oceani di elementi chimici come il molibdeno che si accumulano nei fiumi e negli oceani quando è presente l'ossigeno. Le linee di prova contrastanti creano un puzzle di vecchia data.
Una visione emergente della produzione di ossigeno terrestre di Archean. Prima che l'ossigeno riempisse l'atmosfera terrestre, potrebbe essere stato prodotto in oceani e terreni poco profondi. I terreni poco profondi in prossimità di comunità microbiche (in verde in figura) potrebbero aver avuto ossigeno, a differenza dell'atmosfera sovrastante. Di conseguenza, firme di agenti atmosferici come gli arricchimenti di molibdeno negli scisti sono anteriori al Grande Evento di Ossidazione. Credito:Johnson et al./ASU
"Le prove sembravano contraddittorie, ma sapevamo che doveva esserci una spiegazione, " ha detto Johnson, che è attualmente un borsista post-dottorato della National Science Foundation presso l'Università di Chicago.
Per aiutare a risolvere questo enigma, Johnson e il suo team hanno scritto un modello al computer che utilizza ciò che è noto sulla chimica ambientale del molibdeno, le reazioni dei minerali con piccole quantità di ossigeno, e misurazioni che altri hanno fatto delle abbondanze di molibdeno in antiche rocce sedimentarie, per capire la gamma di livelli di ossigeno che era possibile nell'atmosfera terrestre prima di 2,4 miliardi di anni fa.
"Questo modello al computer ci aiuta a quantificare quanto ossigeno è effettivamente necessario per produrre la chimica che è visibile nel record di roccia, " ha detto Johnson.
Quello che il team ha scoperto è che la quantità di ossigeno necessaria per spiegare la prova del molibdeno era così piccola che non avrebbe lasciato molte altre impronte digitali.
"C'è un vecchio detto che 'l'assenza di prove non è prova di assenza, '", ha detto il coautore dello studio Ariel Anbar, che è professore presso la School of Earth and Space Exploration e School of Molecular Sciences dell'ASU. "Fino ad ora, le nostre idee sull'assenza di ossigeno prima del Grande Evento di Ossidazione erano per lo più modellate dall'assenza di prove. Ora abbiamo motivo di pensare che fosse lì, solo a livelli più bassi di quelli che potevano essere rilevati prima".
I risultati supportano altre linee di prova che suggeriscono che l'ossigeno veniva prodotto, forse dalla biologia, molto prima del Grande Evento di Ossidazione. Quella, a sua volta, aiuta gli scienziati nella loro ricerca per capire quali cambiamenti nei sistemi della Terra hanno causato una delle trasformazioni più importanti nella storia della Terra.
"La nostra speranza è che questi vincoli sull'antico ossigeno atmosferico ci aiutino a comprendere la causa e la natura del Grande Evento di Ossidazione. Ma non si tratta solo della storia della Terra. Quando iniziamo a esplorare mondi simili alla Terra in orbita attorno ad altre stelle, vogliamo sapere se è probabile che atmosfere ricche di ossigeno come la nostra siano comuni o rare. Quindi questa ricerca aiuta anche a informare la ricerca della vita su pianeti diversi dal nostro, " ha detto Johnson.
Gli autori aggiuntivi di questo studio sono Chadlin Ostrander della Woods Hole Oceanographic Institution, Stephen Romaniello dell'Università del Tennessee, Christopher Reinhard del Georgia Institute of Technology, Allison Greaney dell'Oak Ridge National Laboratory e Timothy Lyons dell'Università della California, Lungofiume.
