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3 Dicembre 2022
10:05

L’origine dell’ossigeno sulla Terra è un mistero: studio suggerisce una possibile fonte

Un tempo la Terra era un mondo alieno quasi privo di ossigeno, poi all’improvviso l’elemento si è diffuso misteriosamente. Ecco cosa potrebbe essere accaduto.
A cura di Andrea Centini
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L'origine dell'ossigeno sulla Terra è uno degli argomenti più dibattuti dalla comunità scientifica; ora, grazie un nuovo studio, potremmo aver fatto finalmente luce (almeno in parte) su questo affascinante enigma. La fonte sarebbe del tutto inaspettata. Secondo gli autori della ricerca, infatti, una porzione dell'ossigeno preistorico sarebbe legata alla tettonica, ovvero ai movimenti di subduzione e alla frantumazione della crosta terrestre, in grado di liberare l'elemento dalle profondità del pianeta e proiettarlo in atmosfera. Grazie a questo processo l'atmosfera terrestre avrebbe iniziato a evolversi in quella attuale già 2,7 miliardi di anni fa, prima dei grandi eventi di ossigenazione.

Conoscere la storia dell'ossigeno è fondamentale poiché si tratta di un elemento essenziale per gli organismi viventi, non solo perché lo respiriamo, ma anche perché è alla base del composto più prezioso sulla Terra: l'acqua. Ma l'ossigeno non è sempre stato disponibile sul nostro pianeta. Oggi occupa il 21 percento dell'atmosfera, ma tra 2,8 e 2,5 miliardi di anni fa, durante l'eone chiamato Archeana, “questo ossigeno era quasi assente”, hanno spiegato in un articolo su The Conversation i tre scienziati David Mole, Adam Charles Simon e Xuyang Meng, tra gli autori della nuova ricerca.

I ricercatori hanno specificato che durante questo eone – uno dei più lunghi, durato tra 2,5 e 4 miliardi di anni fa – la Terra era un mondo alieno, con oceani verdi ricchi di ferro e un'atmosfera color arancio, composta in larga parte da metano. La vita pluricellulare ancora non esisteva. Si ritiene che anche la tettonica fosse diversa da quella attuale. Oggi la tettonica a placche è legata alle zone di subduzione dove le placche “scivolano” le une sulle altre dando vita ai terremoti; questi processi sono associati a magmi ossidati – ricchi di acqua e ossigeno – che si formano nel mantello terrestre. Non è chiaro se questi magmi fossero presenti anche nell'Archeana, ma il rilascio in atmosfera dei loro elementi durante i movimenti tettonici potrebbe aver “infuso” l'atmosfera terrestre del prezioso ossigeno. Così gli autori dello studio hanno deciso di indagare.

Gli scienziati hanno innanzitutto raccolto campioni di roccia magmatica in Canada risalenti a oltre 2.670 milioni di anni per analizzarne lo stato di ossidazione, anche attraverso tecniche avanzatissime come la X-ray Absorption Near Edge Structure Spectroscopy (S-XANES), condotta presso il sincrotrone Advanced Photon Source all'Argonne National Laboratory nell'Illinois, come specificato su The Conversation. I ricercatori dell'Università Laurenziana, dell'Università del Michigan, dell'Università Nazionale Australiana (ANU) e di altri istituti si sono concentrati su un composto chiamato "apatite minerale" presente nei cristalli di zircone, poiché mantiene intatte le caratteristiche di ossidazione nonostante l'impatto di agenti esterni, come riscaldamento e pressioni estreme.

Dalle analisi i ricercatori hanno scoperto che, 2,7 miliardi di anni fa, nelle rocce le concentrazioni di zolfo (dalle quali si possono dedurre indicazioni sull'ossigeno) sono aumentate improvvisamente da circa zero a 2000 parti per milione. Un indizio della presenza di magmi ossidati. “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, che alla fine è stato rilasciato nell'atmosfera durante le eruzioni vulcaniche”, hanno spiegato gli autori dello studio.

In parole molto semplici, questi magmi ossidati erano presenti già miliardi di anni fa e attraverso i processi tettonici / eruttivi erano in grado di liberare ossigeno in atmosfera. Potrebbe essere stato il primo passo verso il Grande Evento di Ossidazione avvenuto tra 2,45 e 2,32 miliardi di anni fa, che fece aumentare in modo significativo la percentuale di ossigeno atmosferico. Oggi la maggior parte di questo prezioso elemento viene prodotto dalle microalghe negli oceani, attraverso il processo di fotosintesi. I dettagli della ricerca “Formation of oxidized sulfur-rich magmas in Neoarchaean subduction zones” sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Geoscience.

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