Oxigenul a inundat atmosfera Pământului mai devreme decât se credea

Suflarea de oxigen care a permis apariția unei vieți complexe a început cu aproximativ 100 de milioane de ani mai devreme decât se credea anterior, sugerează o nouă datare.

Studiile anterioare au indicat prima apariție a oxigenului relativ abundent în atmosfera Pământului, cunoscut sub numele de Marele Eveniment de Oxidare, sau GOE, cu puțin peste 2,3 miliarde de ani în urmă. Cu toate acestea, o nouă datare a revărsărilor vulcanice antice sugerează că nivelul de oxigen a început o creștere tremurătoare între 2,460 miliarde și 2,426 miliarde de ani în urmă, au raportat cercetătorii în săptămâna 6 februarie în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Această diferență de timp este o mare problemă, spune coautorul studiului și geologul sedimentar Andrey Bekker de la Universitatea din California, Riverside. Noua dată zdruncină înțelegerea oamenilor de știință cu privire la condițiile de mediu care au condus la GOE, care a determinat evoluția formelor de viață dependente de oxigen numite eucariote. Erupțiile vulcanice voluminoase de la acea vreme au turnat rocă proaspătă peste un supercontinent din apropierea ecuatorului, iar planeta a intrat într-o perioadă rece cunoscută sub numele de Pământ bulgăre de zăpadă.

O serie similară de evenimente geologice în urmă cu aproximativ 700 de milioane de ani a coincis cu o a doua creștere a oxigenului, la niveluri aproape moderne, și cu unele eucariote care au evoluat în primele animale. Ambele creșteri ale oxigenului au împins viața către complexitate și apariția supremă a oamenilor, spune Bekker. „Pentru prima dată, vedem paralele între aceste două intervale de timp”, spune el.

Microbii producatori de oxigen au aparut probabil pentru prima data in urma cu mai bine de 3 miliarde de ani (SN Online: 9/8/15). Dar oxigenul a rămas limitat până la GOE când, din motive necunoscute, concentrațiile atmosferice ale gazului au crescut de la aproape zero la aproximativ 0,1% din nivelurile moderne.

Datarea începutului GOE a fost totuși dificilă, deoarece au rămas puține pietre de atunci. Geologul Ashley Gumsley de la Universitatea Lund din Suedia, Bekker și colegii săi au studiat roci vulcanice antice din Africa de Sud, care se învecinează cu un strat de minerale care s-ar fi putut forma doar în prezența oxigenului. Folosind o tehnică veche, geologii determinaseră anterior că acele roci vulcanice sunt de acum aproximativ 2,222 miliarde de ani, mult după începerea GOE.

Aplicând tehnici moderne care măsoară degradarea treptată a uraniului radioactiv din roci, cercetătorii au revizuit momentul vulcanismului la aproximativ 2,426 miliarde de ani în urmă. Această nouă dată – plus o erupție vulcanică separată datată anterior cu aproximativ 2,460 de miliarde de ani, care s-a întâmplat în mod clar înainte de creșterea oxigenului – ajută la limitarea potențialei date de începere a GOE.

GOE nu este singurul eveniment global care are cronologia modificată. Cea mai veche dovadă cunoscută a glaciației globale, numită Pământ bulgăre de zăpadă, se află sub și lângă stâncile din Africa de Sud. Noua datare a erupției împinge acel eveniment Snowball Earth și mai devreme – aproximativ în același timp cu începerea GOE.

Creșterea oxigenului și scăderea temperaturii ar fi putut fi legate, propun cercetătorii.

Noile date și dovezile chimice existente sugerează că nivelul de oxigen în timpul GOE a oscilat între jalnic și abundent de mai multe ori, mai degrabă decât să crească constant (SN: 18.2.17, str. 16). (Concentrațiile de oxigen s-au stabilizat cu aproximativ 2,250 miliarde de ani în urmă și au rămas în mare parte neschimbate până când nivelurile au crescut din nou mai mult de un miliard de ani mai târziu.) Aceste oscilații au coincis cu Pământul bulgăre de zăpadă și erupțiile vulcanice, spune Gumsley.

Clima, oxigenul și vulcanismul s-au împletit în timpul GOE, propun cercetătorii. Erupțiile vulcanice au acoperit supercontinentul cu rocă proaspătă. Acea rocă s-a format în apropierea ecuatorului, unde precipitațiile puternice au afectat roca, atragând dioxid de carbon din aer și spălând nutrienții în ocean. Acei nutrienți au hrănit microbii fotosintetici, care au produs o abundență de oxigen. Oxigenul s-a acumulat în atmosferă și a reacționat cu metanul, reducând nivelul acelui gaz cu efect de seră (SN: 29.10.16, str. 17).

Cu mai puțin CO2 iar metanul încălzind clima, Pământul a înghețat și activitatea biologică producătoare de oxigen a scăzut. Vulcanismul în curs a aruncat CO de înlocuire2 în atmosferă de-a lungul timpului și în cele din urmă a reîncălzit planeta.

„Acesta este o dovadă suplimentară că istoria oxigenului a fost într-adevăr o plimbare cu montagne russe, mai degrabă decât o creștere unidirecțională”, spune geochimistul de la Universitatea Yale, Noah Planavsky. Deși nu este sigur de rolul pe care l-a jucat meteorizarea rocilor în controlul nivelurilor străvechi de oxigen, Planavsky crede că noua era le va permite oamenilor de știință să se aprofundeze în întrebarea de ce a început GOE atunci când a făcut-o. „Fără date”, spune el, este imposibil „să avem o bază reală pentru a aborda aceste probleme”.