La grande ossidazione che cambiò la vita sulla Terra

La vita complessa ha bisogno di ossigeno. Questo gas però è rimasto raro per miliardi di anni, prima che la sua presenza subisse una brusca impennata. A lungo si è discusso sulle cause di questa improvvisa ossidazione. Uno studio condotto dalla University of British Columbia (Canada), pubblicato su Nature Geoscience, suggerisce una possibile chiave del mistero: alcuni cambiamenti nella composizione chimica della crosta terrestre.

Nel primo miliardo e mezzo della sua storia, la Terra è stata un pianeta anossico. Gli oceani e l’atmosfera erano privi di ossigeno libero, cioè non combinato con altri elementi come il carbonio e l’azoto. Anche dopo la comparsa dei cianobatteri, circa 3,8 miliardi di anni fa, questo elemento rilasciato come sottoprodotto della fotosintesi ha stentato ad accumularsi.

 

La grande ossidazione della Terra

Poi, intorno a 3 miliardi di anni fa, c’è stato un drammatico cambiamento. Piccole regioni contenenti ossigeno libero hanno cominciato a comparire negli oceani. Erano le prime avvisaglie del grande evento ossidativo (Great Oxydation Event), che a partire da 2,4 miliardi di anni fa, e in soli 200 milioni di anni, ha visto aumentare la concentrazione di ossigeno libero di ben 10 000 volte. La conseguenza è stata un’estinzione di massa dei batteri anaerobi, fino a quel momento padroni incontrastati della Terra. Non a caso, l’evento ossidativo è noto anche come “catastrofe dell’ossigeno“.

In questa roccia proveniente da Barberton, in Sud Africa, gli strati geologici ricchi di ferro, in rosso, si sono formati quando c’era abbondanza di ossigeno. Quelli grigi, invece, indicano periodi anossici (Immagine: Wikimedia Commons).

I geologi sanno che in questo stesso periodo è cambiata anche la composizione chimica delle terre emerse. Per trovare un possibile collegamento, gli autori dello studio hanno analizzato 48 mila campioni di rocce (in particolare scisti e rocce magmatiche o ignee) provenienti da tutto il mondo e risalenti a miliardi di anni fa. I risultati indicano che i continenti primitivi erano in grado di annichilire il ciclo dell’ossigeno.

 

Il tramonto dell’olivina

Prima dell’ossidazione, i continenti erano composti da rocce ricche di magnesio e povere di silicio – simili a quelle che si trovano oggi in luoghi come l’Islanda e le Isole Faroe. Ma il dato più importante è che quelle rocce contenevano un minerale chiamato olivina. Quando l’olivina entra in contatto con l’acqua, dà luogo a reazioni chimiche che consumano e fissano l’ossigeno.

L’olivina è il primo minerale del mantello fuso a cristallizzare, ed è un costituente di molte rocce magmatiche intrusive ed effusive. Oltre al verde oliva, può assumere una colorazione giallastra o bruna (immagine: Wikimedia Commons)

È probabile che la stessa sorte sia toccata all’ossigeno prodotto dai cianobatteri durante le prime fasi della vita sulla Terra. Man mano però che la crosta continentale invecchiava, assumendo una composizione più simile a quella di oggi, l’olivina diventava più rara. Anche il consumo di ossigeno richiesto dalle reazioni con l’acqua subì un brusco calo, e questo gas ha potuto finalmente accumularsi. Fu un incremento a singhiozzi, come abbiamo raccontato in questo articolo che si riferisce a un periodo molto successivo, intorno a 500 milioni di anni fa.

 

Aerobi per caso

Dopo aver saturato gli oceani, l’ossigeno si è diffuso in atmosfera, creando le condizioni per l’evoluzione di forme di vita più complesse. Senza questa fortunata combinazione di fattori biologici (la produzione batterica di ossigeno) e geologici (il cambiamento della chimica terrestre), i batteri anaerobi avrebbero continuato a dominare a lungo il nostro pianeta. Forse per sempre.

Le cause della rarefazione dell’olivina sono ancora sconosciute, ma gli scienziati sono in cerca di una risposta. Un indizio c’è già: nello stesso periodo, è cominciata la tettonica delle placche, che potrebbe aver sconvolto la geochimica terrestre.

 

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