Riassunto:
Uno studio delle rocce sedimentarie in Sud Africa da circa 2,3 miliardi a 2,25 miliardi di anni fa fornisce una nuova spiegazione su come l'ossigeno saliva e scendeva nell'atmosfera primordiale della Terra. I ricercatori hanno analizzato campioni di carotaggi del Transvaal Supergroup in Sud Africa e hanno scoperto che il ciclo del fosforo, lo stato redox e i cambiamenti del solfato nell’oceano sono intrecciati tra loro. Combinati con i modelli biogeochimici, ritengono che questi feedback possano portare a ripetuti cambiamenti drammatici nel contenuto di ossigeno atmosferico durante il Grande Evento di Ossidazione, e allo stesso tempo spingere la Terra a spostarsi gradualmente verso un ambiente atmosferico persistente contenente ossigeno.
Il primo aumento significativo di ossigeno nell'atmosfera terrestre si è verificato tra 2,43 e 2,06 miliardi di anni fa, spesso chiamato il "Periodo della Grande Ossigenazione". L’emergere dell’ossigeno non significa che l’atmosfera sia stata immediatamente stabile da allora in poi: questa fase ha subito drammatici cambiamenti climatici e molteplici ere glaciali, e sono cambiati anche l’ambiente chimico dell’oceano e le sostanze nutritive disponibili per la vita. Il fosforo è un elemento chiave necessario per la crescita della vita, ma il fosforo totale rilevato nelle rocce non equivale al fosforo che gli organismi antichi potevano utilizzare.
Il team di ricerca ha utilizzato un metodo di classificazione della forma del fosforo per dissolvere gradualmente diversi minerali nelle rocce, distinguendo componenti come il fosforo legato al ferro, diagenetico, legato agli organici e cristallizzato derivato principalmente dai detriti. Sulla base di ciò, possono determinare quale fosforo potrebbe essere stato biodisponibile nell’antico oceano. I campioni mostrano che l’aumento degli agenti atmosferici dopo la fine dell’era glaciale potrebbe aver portato più fosforo nell’oceano, promuovendo la produttività biologica; successivamente, i cambiamenti nello stato di ossigeno dell’oceano e nell’apporto di solfati hanno influenzato la decomposizione della materia organica nei sedimenti e il riciclaggio del fosforo. Il fosforo rientra nell’acqua di mare, fornendo potenzialmente le condizioni per la crescita di più organismi.
Questo processo a sua volta influisce sull'ossigeno atmosferico. Con l’aumento della produttività biologica, una maggiore quantità di carbonio organico può essere depositato e sepolto sul fondo del mare; se questo carbonio non riconsuma ossigeno durante la decomposizione, si avrà un accumulo netto di ulteriore ossigeno. Sulla base di ciò, il gruppo di ricerca ha proposto che si formi una catena di feedback tra l’input degli agenti atmosferici, il riciclaggio del fosforo, lo stato redox dell’oceano e il solfato, ma il feedback non mantiene l’ossigeno in modo uniforme a un livello fisso, ma può causare fluttuazioni significative sulla scala di decine di milioni di anni. I risultati del modello dell’articolo supportano questa interpretazione, ma gli antichi cambiamenti atmosferici sono ancora ricostruiti sulla base di registrazioni e modelli geochimici delle rocce piuttosto che su misurazioni dirette.
La ricerca è stata pubblicata su "Nature Communications". Gli autori sottolineano che questo meccanismo aiuta a spiegare come l’ossigeno, i nutrienti e i primi anni di vita si sono coevoluti, e suggerisce anche che l’ossigeno non è l’unica condizione che influenza l’emergere della vita complessa. La ricerca potrebbe anche fornire un riferimento storico per comprendere la moderna anossia oceanica: se i livelli di ossigeno nell’acqua di mare diminuiscono, anche la disponibilità di fosforo e la produttività dell’oceano potrebbero cambiare. Tuttavia, le relazioni di feedback nel periodo paleogeologico non possono essere direttamente equiparate a previsioni specifiche degli ecosistemi moderni.
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