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Tra alti e bassi, la comparsa dell’ossigeno sulla Terra

Un gruppo di ricerca della University of California, Riverside (UCR) contrasta l’opinione corrente che ipotizza due sole fasi di un incremento di ossigeno nell’atmosfera della Terra primordiale.

Lo studio suggerisce che si siano avute invece più concentrazioni di ossigeno, alternatesi con andamento dinamico, salendo e scendendo nel corso di miliardi di anni.

Il team di biogeochimici della UCR prospetta così una ipotesi antitetica sull’origine e l’evoluzione dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre, probabilmente l’evento più importante nella storia della Terra.

 Rocce di un miliardo di anni fa forniscono le prove dei bassi livelli di   ossigeno nell’atmosfera per gran parte della storia della Terra  (credit Noah Planavsky)

Rocce di un miliardo di anni fa forniscono le prove dei bassi livelli di
ossigeno nell’atmosfera per gran parte della storia della Terra
(credit Noah Planavsky)

L’opinione scientifica generale stima che l’ossigeno si sia accumulato nell’atmosfera in quantità apprezzabile circa 2,3 miliardi di anni fa, durante il cosiddetto Great Oxidation Event (GOE) o Grande evento dell’ossigenazione.

Tuttavia, un nuovo scenario sta dischiudendosi: la produzione di ossigeno da parte di cianobatteri fotosintetici potrebbe essere stata avviata in precedenza, già verso i 3 miliardi di anni fa, con concentrazioni di ossigeno atmosferico che salivano e scendevano nell’arco di centinaia di milioni di anni, fatto che rifletterebbe un sostanziale equilibrio tra la sua produzione fotosintetica, variabile, e il suo consumo per reazione con composti ridotti, quali l’idrogeno.

“Esiste una certa quantità di dati che depongono per una produzione di ossigeno e un suo accumulo nell’oceano e nell’atmosfera primigenia molto tempo prima del verificarsi del GOE”, dice Timothy W. Lyons, docente di biogeochimica presso il Dipartimento di Scienze della Terra della UCR.

Lyons e i suoi co-autori, Christopher T. Reinhard e Noah J. Planavsky, sottolineano che una volta che l’ossigeno avesse costituito una considerevole presenza nell’atmosfera a partire da circa 2,3 miliardi di anni, probabilmente sarebbe salito ulteriormente a concentrazioni più elevate, potenzialmente anche a livelli simili a quelli attuali.

Poi, per motivi ancora oggi non chiari, il livello di ossigeno inspiegabilmente crollò e gli oceani ne rimasero praticamente privi per oltre un miliardo di anni.

L’articolo relativo alla ricerca è comparso il 19 febbraio scorso su Nature.

“Questo periodo di prolungata carenza di ossigeno, che va da circa 2 a meno di 1 miliardo di anni fa, è stato un periodo di notevole stabilità chimica sia nell’oceano che nell’atmosfera”, afferma Lyons.

Il team di ricerca ritiene che una serie di processi che interagirono allora, abbiano mantenuto l’ossigeno a livelli molto bassi, principalmente modulando la disponibilità di sostegno dei nutrienti negli oceani e l’attività fotosintetica che è alla base della produzione di ossigeno.

Il tardo Proterozoico – il periodo di tempo iniziato meno di un miliardo di anni fa – è stato sorprendentemente diverso, segnato da eventi climatici estremi, con manifestazioni glaciali su scala globale, nonché con la comparsa e la diversificazione dei primi organismi animali.

Lyons fa notare che tra i fattori che controllano la crescita animale, un forte aumento nella concentrazione dell’ossigeno potrebbe aver dato il via all’evento.

“Nonostante le nuove ipotesi sulla origine della vita organica, si sospetta che l’ossigeno abbia giocato un ruolo dominante per i tempi di questa crescita e in particolare nel successivo emergere di ecologie complesse per la vita, quali le relazioni predatori-prede e lo sviluppo di corpi giganteschi”, dice Lyons. “Ma il processo di retroazione o feedback è in agguato. Il cambiamento ambientale guida l’evoluzione, ma le tappe nel progredire della vita cambiano l’ambiente”.

In altri termini, si ha un ciclo in cui i risultati dell’andamento vanno ad amplificare il funzionamento del sistema, che produce a sua volta risultati maggiori.

E’ probabile, comunque, che l’andamento del fenomeno non sia dipeso da un singolo fattore.

Lyons e altri studiosi stanno infatti esaminando anche la combinazione del ciclo del carbonio nella biosfera e i concomitanti eventi climatici.

“Stiamo ponendoci un sacco di domande riguardo i tempi e la sequenza dell’ossigenazione degli oceani e dell’atmosfera”, commenta Lyons. “Attraverso simulazioni più sofisticate e indagini integrate dalle ricerche di laboratorio, la storia dell’ossigenazione della Terra sembra sia stata più complessa e più dinamica di quanto immaginato finora. Ogni passo ci avvicina, comunque, alla comprensione dei meccanismi che sono alla base di questo grande evento”.

Leonardo Debbia
23 febbraio 2014


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