Una nuova ricerca ha evidenziato la complessità della Grande evento di Ossidazione, rivelando che l’aumento dell’ossigeno atmosferico e oceanico è stato un processo dinamico durato oltre 200 milioni di anni, influenzato da fattori geologici e biologici critici per l’evoluzione della vita.

Il Grande evento di Ossidazione

Circa 2,5 miliardi di anni fa, l’ossigeno libero, o O 2, ha iniziato ad accumularsi a livelli significativi nell’atmosfera terrestre, ponendo le basi per la nascita di una vita complessa sul nostro pianeta in evoluzione.

Gli scienziati hanno denominato questo fenomeno il Grande evento di Ossidazione, o GOE in breve, ma l’accumulo iniziale di O 2 sulla Terra non è stato così semplice come potrebbe sembrare: a sostenerlo in una nuova ricerca condotta è un geochimico dell’Università dello Utah.

Il Grande evento di Ossidazione è durato almeno 200 milioni di anni e monitorare l’accumulo di O 2 negli oceani è stato fino ad ora molto difficile, ha affermato Chadlin Ostrander, assistente Professore presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica.

Lo studio

“I dati emergenti hanno indicato che l’aumento iniziale di O 2 nell’atmosfera terrestre è stato dinamico, svolgendosi a singhiozzo fino forse al 2.2. miliardi di anni fa”, ha affermato Ostrander, autore principale dello studio pubblicato sulla rivista Nature: “I nostri dati convalidano questa ipotesi, facendo anche un ulteriore passo avanti estendendo queste dinamiche all’oceano”.

Il suo gruppo di ricerca internazionale, supportato dal programma Exobiology della NASA, si è concentrato sugli scisti marini del Transvaal Supergroup del Sud Africa, fornendo informazioni sulle dinamiche dell’ossigenazione dell’oceano durante questo periodo cruciale nella storia della Terra. Analizzando i rapporti isotopici stabili del tallio (Tl) e gli elementi sensibili al redox, hanno scoperto prove di fluttuazioni nei livelli di O 2 marino che coincidevano con i cambiamenti nell’ossigeno atmosferico.

Questi risultati aiutano a far progredire la comprensione dei complessi processi che hanno modellato i livelli di O 2 della Terra durante il Grande evento di Ossidazione, un periodo critico nella storia del pianeta che ha aperto la strada all’evoluzione della vita come la conosciamo.

“Non sappiamo davvero cosa stesse succedendo negli oceani, dove probabilmente hanno avuto origine e si sono evolute le prime forme di vita della Terra“, ha detto Ostrander, che studioso della facoltà dell’U e della Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts: “Quindi conoscere il contenuto di O 2 degli oceani e come questo si è evoluto nel tempo è probabilmente più importante per i primi anni di vita che per l’atmosfera”.

La ricerca si è basata 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 l’O2 non è diventato una parte permanente dell’atmosfera fino a circa 200 milioni di anni dopo l’inizio del processo del Grande evento di Ossidazione, molto più tardi di quanto si pensasse in precedenza.

La prova di un’atmosfera anossica è la presenza di rare firme isotopiche di zolfo, indipendenti dalla massa, nelle registrazioni sedimentarie prima del Grande evento di Ossidazione. Pochissimi processi sulla Terra possono generare queste tracce isotopiche dello zolfo, e da quanto è noto la loro conservazione nelle rocce richiede quasi certamente l’assenza di O 2 atmosferico.

Per 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 Grande evento di Ossidazione, ma in quei primi giorni l’O2 veniva rapidamente distrutto nelle reazioni con i minerali esposti e i gas vulcanici. Poulton, Bekker e colleghi hanno scoperto che le rare tracce isotopiche dello zolfo scompaiono ma poi riappaiono, suggerendo molteplici aumenti e diminuzioni di O 2 nell’atmosfera durante il GOE. Non si è trattato di un singolo “evento“.

“La Terra non era pronta per essere ossigenata quando l’ossigeno ha iniziato a essere prodotto. La Terra aveva bisogno di tempo per evolversi biologicamente, geologicamente e chimicamente per favorire l’ossigenazione”, ha spiegato Ostrander: “È come un’altalena che vacilla. C’è la produzione di ossigeno, ma la distruzione dell’ossigeno è così grande che non succede nulla. Stiamo ancora cercando di capire quando avremo completamente ribaltato la bilancia e la Terra non potrà più tornare indietro verso un’atmosfera anossica”.

Oggi l’O2 rappresenta il 21% dell’atmosfera, in peso, secondo solo all’azoto. Ma dopo il Grande evento di Ossidazione, l’ossigeno è rimasto una componente molto piccola dell’atmosfera per centinaia di milioni di anni.

Per monitorare la presenza di O 2 nell’oceano durante la Grande evento di Ossidazione, il gruppo di ricerca si è affidato all’esperienza di Ostrander con gli 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 degli isotopi di un particolare elemento hanno alimentato scoperte in archeologia, geochimica e in molti altri campi.

Conclusioni

I progressi nella spettrometria di massa hanno permesso agli scienziati di analizzare accuratamente i rapporti isotopici per gli 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 fondale marino, un processo che richiede O 2 nell’acqua di mare. Il team ha esaminato gli isotopi del tallio negli stessi scisti marini che recentemente hanno dimostrato di tracciare le fluttuazioni atmosferiche di O 2 durante il Grande evento di Ossidazione con rari isotopi di zolfo.

Negli scisti, Ostrander e il suo team hanno trovato notevoli arricchimenti nell’isotopo di tallio di massa più leggera ( 203 Tl), un modello meglio spiegato dal seppellimento di ossido di manganese sul fondale marino, e quindi dall’accumulo di O 2 nell’acqua di mare.

Questi arricchimenti sono stati trovati negli stessi campioni privi delle rare firme isotopiche dello zolfo, e quindi quando l’atmosfera non era più anossica.Gli arricchimenti di 203 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 classico 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 quando gli isotopi dello zolfo dicono che l’atmosfera è tornata nuovamente allo stato anossico, gli isotopi del tallio dicono lo stesso per l’oceano”, ha concluso Ostrander: “Quindi l’atmosfera e l’oceano si stavano ossigenando e deossigenando insieme. Questa è un’informazione nuova e interessante per coloro che sono interessati alla Terra antica”.