Le eruzioni vulcaniche potrebbero aver stimolato i primi "sbuffi" di ossigeno nell'atmosfera terrestre



Una nuova analisi di rocce australiane di 2,5 miliardi di anni fa rileva che le eruzioni vulcaniche potrebbero aver stimolato l'aumento della popolazione di microrganismi marini, creando i primi sbuffi di ossigeno nell'atmosfera. Ciò cambierebbe le storie esistenti sull'atmosfera primitiva della Terra, che presumevano che la maggior parte dei cambiamenti nell'atmosfera primitiva fossero controllati da processi geologici o chimici.

Sebbene focalizzata sulla storia antica della Terra, la ricerca ha anche implicazioni per la vita extraterrestre e persino per il cambiamento climatico. Lo studio condotto dall'Università di Washington, dall'Università del Michigan e da altre istituzioni è stato pubblicato ad agosto negli Atti della National Academy of Sciences .

"Ciò che ha iniziato a diventare ovvio negli ultimi decenni è che in realtà ci sono un certo numero di connessioni tra la Terra solida e non vivente e l'evoluzione della vita", ha detto la prima autrice Jana Meixnerová, una studentessa di dottorato in Scienze della Terra e dello spazio. "Ma quali sono le connessioni specifiche che hanno facilitato l'evoluzione della vita sulla Terra come la conosciamo?"

Nei suoi primi giorni, la Terra non aveva ossigeno nella sua atmosfera e poche, se non nessuna, forme di vita che respiravano ossigeno. L'atmosfera terrestre è diventata permanentemente ricca di ossigeno circa 2,4 miliardi di anni fa, probabilmente dopo un'esplosione di forme di vita che fotosintetizzano, trasformando l'anidride carbonica e l'acqua in ossigeno.

Ma nel 2007, il coautore Ariel Anbar dell'Arizona State University ha analizzato le rocce del Mount McRae Shale nell'Australia occidentale, riportando un soffio di ossigeno a breve termine da 50 a 100 milioni di anni prima che diventasse un elemento fisso nell'atmosfera. Ricerche più recenti hanno confermato altri picchi di ossigeno a breve termine, precedenti, ma non hanno spiegato il loro aumento e diminuzione.

Nel nuovo studio, i ricercatori dell'Università del Michigan, guidati dall'autore corrispondente Joel Blum, hanno analizzato le stesse antiche rocce per la concentrazione e il numero di neutroni nell'elemento mercurio, emesso dalle eruzioni vulcaniche. Grandi eruzioni vulcaniche fanno esplodere gas di mercurio nell'atmosfera superiore, dove oggi circola per un anno o due prima di piovere sulla superficie terrestre. La nuova analisi mostra un picco di mercurio qualche milione di anni prima del temporaneo aumento dell'ossigeno.

"Infatti, nella roccia al di sotto del picco transitorio di ossigeno abbiamo trovato prove di mercurio, sia nella sua abbondanza che negli isotopi, che sarebbero ragionevolmente spiegate dalle eruzioni vulcaniche nell'atmosfera", ha detto il coautore Roger Buick, un professore di UW. di Scienze della Terra e dello Spazio.

Dove c'erano emissioni vulcaniche, ragionano gli autori, dovevano esserci campi di lava e cenere vulcanica. E quelle rocce ricche di sostanze nutritive avrebbero resistito al vento e alla pioggia, rilasciando fosforo nei fiumi che potrebbero fertilizzare le aree costiere vicine, consentendo ai cianobatteri produttori di ossigeno e ad altre forme di vita unicellulari di prosperare.

"Ci sono altri nutrienti che modulano l'attività biologica su tempi brevi, ma il fosforo è quello che è più importante su tempi lunghi", ha detto Meixnerová.

Oggi il fosforo è abbondante nel materiale biologico e nei fertilizzanti agricoli. Ma in tempi molto antichi, l'erosione delle rocce vulcaniche sarebbe stata la principale fonte di questa scarsa risorsa.

"Durante l'erosione sotto l'atmosfera Archea, la fresca roccia basaltica si sarebbe dissolta lentamente, rilasciando il fosforo macronutriente essenziale nei fiumi. Ciò avrebbe nutrito i microbi che vivevano nelle zone costiere poco profonde e avrebbe innescato una maggiore produttività biologica che avrebbe creato , come sottoprodotto, un picco di ossigeno", ha detto Meixnerová.

La posizione precisa di quei vulcani e campi di lava è sconosciuta, ma esistono grandi campi di lava dell'età giusta nell'India moderna, in Canada e altrove, ha detto Buick.

"Il nostro studio suggerisce che per questi sbuffi transitori di ossigeno, l'innesco immediato è stato un aumento della produzione di ossigeno, piuttosto che una diminuzione del consumo di ossigeno da parte di rocce o altri processi non viventi", ha detto Buick. "È importante perché la presenza di ossigeno nell'atmosfera è fondamentale: è il più grande motore per l'evoluzione della vita grande e complessa".

In definitiva, i ricercatori affermano che lo studio suggerisce come la geologia di un pianeta potrebbe influenzare qualsiasi vita in evoluzione sulla sua superficie, una comprensione che aiuta a identificare esopianeti abitabili, o pianeti al di fuori del nostro sistema solare, nella ricerca della vita nell'universo.

Altri autori del documento sono l'autore corrispondente Eva Stüeken, ex studentessa laureata in astrobiologia UW ora presso l'Università di St. Andrews in Scozia; Michael Kipp, un ex studente laureato UW ora al California Institute of Technology; e Marcus Johnson presso l'Università del Michigan. Lo studio è stato finanziato dalla NASA, dal team UW Virtual Planetary Laboratory finanziato dalla NASA e dalla MacArthur Professorship to Blum presso l'Università del Michigan.


Materiali forniti dall'Università di Washington . Originale scritto da Hannah Hickey. Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.

Riferimento della rivista :

  1. Jana Meixnerová, Joel D. Blum, Marcus W. Johnson, Eva E. Stüeken, Michael A. Kipp, Ariel D. Anbar, Roger Buick. L'abbondanza di mercurio e la composizione isotopica indicano vulcanismo subaereo prima del "soffio" di ossigeno di fine Archeano . Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , 2021; 118 (33): e2107511118 DOI: 10.1073/pnas.2107511118

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