L’attività vulcanica è stata decisiva per l’aumento dell’ossigeno nell’aria

L’ossigeno si è accumulato per la prima volta nell’atmosfera terrestre circa 2,4 miliardi di anni fa, durante il Grande evento di ossidazione. Un enigma di vecchia data è stato che gli indizi geologici suggeriscono che i primi batteri stessero fotosintetizzando e pompando ossigeno centinaia di milioni di anni prima di allora. Dove stava andando tutto? Qualcosa stava trattenendo l’aumento dell’ossigeno. Una nuova interpretazione delle rocce di miliardi di anni fa che i probabili colpevoli dell’innalzamento dell’ossigeno atmosferico è la grande attività vulcanica e i cambiamenti del mantello. Lo studio condotto dall’Università di Washington è stato pubblicato a giugno sulla rivista ad accesso aperto Nature Communications.

“Questo studio fa rivivere un’ipotesi classica per l’evoluzione dell’ossigeno atmosferico”, ha detto l’autore principale Shintaro Kadoya, un ricercatore post-dottorato UW nelle scienze della Terra e dello spazio. “I dati dimostrano che un’evoluzione del mantello della Terra potrebbe controllare un’evoluzione dell’atmosfera della Terra, e forse un’evoluzione della vita.”

L’attività vulcanica e l’innalzamento dell’ossigeno

La vita multicellulare ha bisogno di un apporto concentrato di ossigeno, quindi l’accumulo di ossigeno è la chiave per l’evoluzione della vita che respira ossigeno sulla Terra. “Se i cambiamenti nel mantello controllassero l’ossigeno atmosferico, come suggerisce questo studio, il mantello potrebbe in definitiva stabilire un ritmo dell’evoluzione della vita”, ha detto Kadoya.

Il nuovo lavoro si basa su un documento del 2019 che ha scoperto che il mantello della Terra era molto meno ossidato o conteneva più sostanze che possono reagire con l’ossigeno rispetto al mantello moderno. Lo studio di antiche rocce vulcaniche, fino a 3,55 miliardi di anni fa, è stato raccolto da siti che includevano il Sudafrica e il Canada. L’Eone Archeano, quando solo la vita microbica era diffusa sulla Terra, era più vulcanicamente attiva di oggi. Le eruzioni vulcaniche sono alimentate dal magma, una miscela di roccia fusa e semi-fusa, così come i gas che fuoriescono anche quando il vulcano non sta eruttando.

Alcuni di questi gas reagiscono con l’ossigeno o si ossidano per formare altri composti. Ciò accade perché l’ossigeno tende ad essere affamato di elettroni, quindi qualsiasi atomo con uno o due elettroni a tenuta libera reagisce con esso. Ad esempio, l’idrogeno rilasciato da un vulcano si combina con qualsiasi ossigeno libero, rimuovendo tale ossigeno dall’atmosfera.

La composizione chimica del mantello terrestre, o lo strato più morbido di roccia sotto la crosta terrestre, controlla in definitiva i tipi di roccia fusa e gas provenienti dai vulcani. Un primo mantello meno ossidato produrrebbe più gas come l’idrogeno che si combinano con l’ossigeno libero. Il documento del 2019 mostra che il mantello è diventato gradualmente più ossidato da 3,5 miliardi di anni fa ad oggi.

Il nuovo studio combina questi dati con prove provenienti da antiche rocce sedimentarie per mostrare un punto di svolta qualche tempo dopo 2,5 miliardi di anni fa, quando l’ossigeno prodotto dai microbi ha superato la sua perdita in gas vulcanici e ha iniziato ad accumularsi nell’atmosfera.