Da dove viene l’ossigeno della Terra?

La quantità di ossigeno presente nell'atmosfera terrestre rende la Terra un pianeta abitabile

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Da dove viene l'ossigeno della Terra?
Da dove viene l'ossigeno della Terra?

La quantità di ossigeno presente nell’atmosfera terrestre rende la Terra un pianeta abitabile.

Il 21 per cento dell’atmosfera è costituito da questo elemento vivificante. Ma nel profondo passato, fino all’era Neoarcheana da 2,8 a 2,5 miliardi di anni fa, l’ossigeno era quasi assente.

Quindi, in che modo l’atmosfera terrestre si è ossigenata?

Un nuovo studio suggerisce un’allettante possibilità, ovvero che almeno una parte dell’ossigeno primordiale della Terra provenga da una fonte tettonica attraverso il movimento e la distruzione della crosta terrestre.

La Terra Archeana

L’eone archeano rappresenta un terzo della storia del nostro pianeta, da 2,5 miliardi di anni fa a quattro miliardi di anni fa.

Questa Terra aliena era un mondo acquatico, coperto di oceani verdi, avvolto da una foschia di metano e completamente privo di vita multicellulare. Un altro aspetto alieno di questo mondo era la natura della sua attività tettonica.

Sulla Terra moderna, l’attività tettonica dominante è chiamata tettonica a placche, dove la crosta oceanica – lo strato più esterno della Terra sotto gli oceani – sprofonda nel mantello terrestre (l’area tra la crosta terrestre e il suo nucleo), in punti di convergenza chiamati zone di subduzione. Tuttavia, c’è un considerevole dibattito sul fatto che la tettonica a placche operasse nell’era archeana.

Una caratteristica delle moderne zone di subduzione è la loro associazione con i magmi ossidati. Questi magmi si formano quando i sedimenti ossidati e le acque di fondo – acqua fredda e densa vicino al fondo dell’oceano – vengono introdotti nel mantello terrestre.

Questo processo produce magmi con alto contenuto di ossigeno e acqua.

La nuova ricerca mirava a verificare se l’assenza di materiali ossidati nelle acque di fondo e nei sedimenti archeani potesse impedire la formazione di magmi ossidati. L’identificazione di tali magmi nelle rocce magmatiche neoarcheane potrebbe fornire la prova che la subduzione e la tettonica a placche si sono verificate 2,7 miliardi di anni fa.

L’esperimento

I ricercatori hanno raccolto campioni di rocce granitoidi di età compresa tra 2750 e 2670 milioni di anni provenienti da tutta la sottoprovincia di Abitibi-Wawa della provincia superiore, il più grande continente archeano conservato che si estende per oltre 2000 km da Winnipeg, Manitoba, fino all’estremo oriente del Quebec. Questo ha permesso di studiare il livello di ossidazione dei magmi generati durante l’era neoarcheana.

Misurare lo stato di ossidazione di queste rocce magmatiche, formatesi attraverso il raffreddamento e la cristallizzazione di magma o lava, è una sfida. Gli eventi post-cristallizzazione potrebbero aver modificato queste rocce attraverso successive deformazioni, sepolture o riscaldamento.

Quindi, i ricercatori hanno deciso di esaminare l’apatite minerale che è presente nei cristalli di zircone in queste rocce. I cristalli di zircone possono resistere alle intense temperature e pressioni degli eventi post-cristallizzazione. Conservano indizi sugli ambienti in cui si sono originariamente formati e forniscono età precise per le rocce stesse.

Piccoli cristalli di apatite larghi meno di 30 micron – le dimensioni di una cellula della pelle umana – sono intrappolati nei cristalli di zircone e contengono zolfo. Misurando la quantità di zolfo nell’apatite, si può stabilire se l’apatite sia cresciuta da un magma ossidato.

I ricercatori sono stati in grado di misurare con successo la fugacità di ossigeno del magma archeano originale – che è essenzialmente la quantità di ossigeno libero in esso – utilizzando una tecnica specializzata chiamata X-ray Absorption Near Edge Structure Spectroscopy ( S-XANES ), presso il sincrotrone Advanced Photon Source all’Argonne National Laboratory nell’Illinois.

Creare ossigeno dall’acqua?

É stato scoperto che il contenuto di zolfo del magma, che inizialmente era intorno allo zero, è aumentato a 2000 parti per milione intorno a 2705 milioni di anni. Ciò indicava che i magmi erano diventati più ricchi di zolfo. Inoltre, la predominanza di S6+ – un tipo di ione solforico – nell’apatite suggeriva che lo zolfo provenisse da una fonte ossidata, corrispondendo ai dati dei cristalli di zircone ospiti.

Queste nuove scoperte indicano che i magmi ossidati si sono formati nell’era Neoarcheana 2,7 miliardi di anni fa. I dati mostrano che la mancanza di ossigeno disciolto nelle riserve oceaniche dell’Archeano non ha impedito la formazione di magmi ossidati ricchi di zolfo nelle zone di subduzione. L’ossigeno in questi magmi deve provenire da un’altra fonte e alla fine è stato rilasciato nell’atmosfera durante le eruzioni vulcaniche.

É stato scoperto anche che la presenza di questi magmi ossidati è correlata ai principali eventi di mineralizzazione dell’oro nella provincia superiore e nel cratere di Yilgarn (Australia occidentale), dimostrando una connessione tra queste fonti ricche di ossigeno e la formazione di depositi di minerali di livello mondiale.

Le implicazioni di questi magmi ossidati vanno oltre la comprensione della geodinamica della Terra primordiale. In precedenza, si riteneva improbabile che i magmi archeani potessero essere ossidati, quando l’ acqua dell’oceano e le rocce oi sedimenti del fondo dell’oceano non lo erano.

Sebbene il meccanismo esatto non sia chiaro, la presenza di questi magmi suggerisce che il processo di subduzione, in cui l’acqua dell’oceano viene portata per centinaia di chilometri nel nostro pianeta, generi ossigeno libero, quindi ciò ossida il mantello sovrastante.

Il nuovo studio mostra che la subduzione archeana potrebbe essere stata un fattore vitale e imprevisto nell’ossigenazione della Terra, i primi soffi di ossigeno 2,7 miliardi di anni fa e anche il Grande Evento di Ossidazione, che ha segnato un aumento dell’ossigeno atmosferico del due per cento dal 2,45 al 2,32 miliardi di anni fa.

Per quanto ne sappiamo, la Terra è l’unico posto nel sistema solare – passato o presente – con tettonica a placche e subduzione attiva. Ciò suggerisce che questo studio potrebbe in parte spiegare la mancanza di ossigeno e, in ultima analisi, anche la vita sugli altri pianeti rocciosi in futuro.

Fonte: Nature geoscience