Gli studi sugli scisti marini e sui dati isotopici del periodo del Grande Evento di Ossidazione rivelano fluttuazioni dinamiche dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre e negli oceani, evidenziando la natura prolungata e complessa di questo stadio evolutivo critico. Credito: Issues.fr.com
Secondo recenti scoperte, il “grande evento di ossidazione” della Terra è durato 200 milioni di anni.
Una nuova ricerca evidenzia la complessità del Grande Evento di Ossidazione, rivelando che l’aumento dell’ossigeno atmosferico e oceanico è stato un processo dinamico durato più di 200 milioni di anni, influenzato da fattori geologici e biologici chiave per l’evoluzione della vita.
Il grande evento di ossidazione
Circa 2,5 miliardi di anni fa, l’ossigeno libero, o O2hanno iniziato ad accumularsi a livelli significativi nell’atmosfera terrestre, aprendo la strada alla vita complessa per prosperare sul nostro pianeta in evoluzione.
Gli scienziati chiamano questo fenomeno il Grande Evento di Ossidazione, o GOE in breve. Ma l’accumulo iniziale di O2 sulla Terra non era così semplice come suggerisce il soprannome, secondo una nuova ricerca condotta da un geochimico dell’Università dello Utah.
Questo “evento” durò almeno 200 milioni di anni. E seguire l’accumulo di O2 negli oceani è stata finora molto difficile, ha detto Chadlin Ostrander, assistente professore presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica.
“I dati emergenti suggeriscono che l’aumento iniziale di O2 nell’atmosfera terrestre era dinamico, svolgendosi a singhiozzo fino forse al 2.2. un miliardo di anni fa”, ha detto Ostrander, autore principale dello studio pubblicato il 12 giugno sulla rivista Natura. “I nostri dati convalidano questa ipotesi, andando ancora oltre estendendo questa dinamica all’oceano. »
Chadlin Ostrander. Credito: Chad Ostrander, Università dello Utah
Panoramica degli scisti marini
Il suo gruppo di ricerca internazionale, supportato dal NASA Programma di esobiologia, incentrato sugli scisti marini del Supergruppo del Transvaal in Sud Africa, che fornisce informazioni sulle dinamiche dell’ossigenazione dell’oceano durante questo periodo cruciale nella storia della Terra. Analizzando i rapporti isotopici stabili del tallio (Tl) e degli elementi sensibili al redox, hanno trovato prove di fluttuazioni nell’O2 marino.2 livelli che coincidevano con i cambiamenti dell’ossigeno atmosferico.
Queste scoperte aiutano a far progredire la comprensione dei complessi processi che hanno modellato l’O.2 livelli durante un periodo critico nella storia del pianeta che ha aperto la strada all’evoluzione della vita come la conosciamo.
Comprendere le prime condizioni dell’oceano
“Non sappiamo davvero cosa stesse succedendo negli oceani, dove probabilmente sono apparse e si sono evolute le prime forme di vita sulla Terra”, ha detto Ostrander, che si è unito alla facoltà universitaria lo scorso anno dalla Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts. “Quindi, conoscendo l’O2 Il contenuto degli oceani e il modo in cui sono cambiati nel tempo sono probabilmente più importanti dell’atmosfera per l’inizio della vita.
La ricerca si basa sul lavoro dei coautori di Ostrander, Simon Poulton dell’Università di Leeds nel Regno Unito e Andrey Bekker dell’Università della California, Riverside. In uno studio del 2021, il loro team di scienziati ha scoperto che O2 divennero una parte permanente dell’atmosfera solo circa 200 milioni di anni dopo l’inizio del processo di ossigenazione globale, molto più tardi di quanto si pensasse in precedenza.
Fluttuazioni dell’ossigeno atmosferico e oceanico
Una prova convincente di un’atmosfera anossica è la presenza di rare firme isotopiche dello zolfo, indipendenti dalla massa, nei registri sedimentari presentati al GOE. Pochissimi processi sulla Terra possono generare queste firme isotopiche dello zolfo e, da quanto è noto, la loro conservazione nella documentazione rocciosa quasi certamente richiede l’assenza di O atmosferico.2.
Durante la prima metà dell’esistenza della Terra, l’atmosfera e gli oceani erano in gran parte privi di O.2. Sembra che questo gas fosse prodotto dai cianobatteri nell’oceano prima del GOE, ma in quei primi giorni O2 fu rapidamente distrutto dalle reazioni con minerali esposti e gas vulcanici. Poulton, Bekker e i loro colleghi hanno scoperto che le rare firme isotopiche dello zolfo scompaiono e poi riappaiono, suggerendo più O2 sale e scende nell’atmosfera durante il GOE. Questo non è stato un singolo “evento”.
Le sfide dell’ossigenazione della Terra
“La Terra non era pronta per essere ossigenata quando l’ossigeno cominciò a essere prodotto. La Terra aveva bisogno di tempo per evolversi biologicamente, geologicamente e chimicamente per favorire l’ossigenazione”, ha detto Ostrander. “È come un’altalena. C’è la produzione di ossigeno, ma c’è così tanta distruzione di ossigeno che non succede nulla. Stiamo ancora cercando di determinare quando avremo completamente ribaltato l’ago della bilancia e la Terra non sarà più in grado di scivolare nuovamente in un’atmosfera anossica.
Oggi, oh2 rappresenta il 21% dell’atmosfera, in peso, subito dietro l’azoto. Ma dopo il GOE, l’ossigeno rimase una componente molto piccola dell’atmosfera per centinaia di milioni di anni.
Tecniche avanzate di analisi isotopica
Per tracciare la presenza di O2 nell’oceano durante il GOE, il gruppo di ricerca si è affidato all’esperienza di Ostrander negli isotopi stabili del tallio.
Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno un numero disuguale di neutroni, dando loro pesi leggermente diversi. I rapporti isotopici di un particolare elemento hanno alimentato scoperte in archeologia, geochimica e in molti altri campi.
Isotopi del tallio e indicatori di ossigeno
I progressi nella spettrometria di massa hanno permesso agli scienziati di analizzare con precisione i rapporti isotopici degli elementi sempre più in basso nella tavola periodica, come il tallio. Fortunatamente per Ostrander e il suo team, i rapporti isotopici del tallio sono sensibili al seppellimento dell’ossido di manganese sul fondo marino, un processo che richiede O2 nell’acqua di mare Il team ha esaminato gli isotopi del tallio negli stessi scisti marini che recentemente hanno dimostrato di tracciare l’O2 fluttuazioni durante il GOE con rari isotopi di zolfo.
Negli scisti, Ostrander e il suo team hanno scoperto notevoli arricchimenti nell’isotopo di massa più leggero del tallio (203Tl), un andamento meglio spiegato dal seppellimento dell’ossido di manganese sul fondale marino, e quindi dall’accumulo di O2 nell’acqua di mare Questi arricchimenti sono stati trovati negli stessi campioni privi delle rare tracce isotopiche dello zolfo, e quindi quando l’atmosfera non era più anossica. La ciliegina sulla torta: il 203Gli arricchimenti di Tl scompaiono quando ritornano le rare firme isotopiche dello zolfo. Questi risultati sono stati corroborati da arricchimenti di elementi sensibili al redox, uno strumento più tradizionale per monitorare i cambiamenti nell’antico O.2.
“Quando gli isotopi dello zolfo dicono che l’atmosfera si è ossigenata, gli isotopi del tallio dicono che gli oceani si sono ossigenati. E dove gli isotopi dello zolfo dicono che l’atmosfera è diventata di nuovo anossica, gli isotopi del tallio dicono la stessa cosa per l’oceano”, ha detto Ostrander. “Quindi l’atmosfera e l’oceano si stavano ossigenando e deossigenando insieme. Questa è un’informazione nuova e interessante per chi è interessato alla Terra antica.
