Scienziati del NAI New York Center for Astrobiology al Rensselaer Polytechnic Institute hanno usato i minerali più antichi della Terra per ricostruire le condizioni atmosferiche presenti sulla Terra molto presto dopo la sua nascita. I risultati, che appaiono nell’attuale numero di Nature, sono la prima prova diretta di ciò che l’antica atmosfera del pianeta era come subito dopo la sua formazione e sfidano direttamente anni di ricerca sul tipo di atmosfera da cui la vita è sorta sul pianeta.
Gli scienziati mostrano che l’atmosfera della Terra appena 500 milioni di anni dopo la sua creazione non era una landa desolata piena di metano come precedentemente proposto, ma invece era molto più vicina alle condizioni della nostra atmosfera attuale. I risultati, in un documento intitolato “Lo stato di ossidazione dei magmi Hadean e le implicazioni per l’atmosfera terrestre precoce”, hanno implicazioni per la nostra comprensione di come e quando la vita è iniziata su questo pianeta e potrebbe iniziare altrove nell’universo.
Per decenni, gli scienziati hanno creduto che l’atmosfera della Terra primitiva fosse altamente ridotta, il che significa che l’ossigeno era molto limitato. Tali condizioni di carenza di ossigeno avrebbero portato ad un’atmosfera piena di metano nocivo, monossido di carbonio, solfuro di idrogeno e ammoniaca. Ad oggi, rimangono teorie e studi molto diffusi su come la vita sulla Terra possa essere stata costruita da questo cocktail di atmosfera mortale.
Ora, gli scienziati del Rensselaer stanno capovolgendo queste ipotesi atmosferiche con risultati che dimostrano che le condizioni sulla Terra primitiva non erano semplicemente favorevoli alla formazione di questo tipo di atmosfera, ma piuttosto a un’atmosfera dominata dai composti più ricchi di ossigeno che si trovano nella nostra atmosfera attuale – tra cui acqua, anidride carbonica e anidride solforosa.
“Ora possiamo dire con una certa certezza che molti scienziati che studiano le origini della vita sulla Terra hanno semplicemente scelto l’atmosfera sbagliata”, ha detto Bruce Watson, professore dell’Istituto di Scienze di Rensselaer.
I risultati si basano sulla teoria ampiamente diffusa che l’atmosfera della Terra si è formata da gas rilasciati dall’attività vulcanica sulla sua superficie. Oggi, come durante i primi giorni della Terra, il magma che scorre dalle profondità della Terra contiene gas dissolti. Quando quel magma si avvicina alla superficie, quei gas vengono rilasciati nell’aria circostante.
“La maggior parte degli scienziati sosterrebbe che questo degassamento dal magma era l’input principale per l’atmosfera”, ha detto Watson. Per capire la natura dell’atmosfera “all’inizio”, avevamo bisogno di determinare quali specie di gas erano presenti nei magmi che fornivano l’atmosfera.”
Quando il magma si avvicina alla superficie terrestre, erutta o si blocca nella crosta, dove interagisce con le rocce circostanti, si raffredda e si cristallizza in roccia solida. Questi magmi congelati e gli elementi che contengono possono essere letteralmente delle pietre miliari nella storia della Terra.
Una pietra miliare importante è lo zircone. A differenza di altri materiali che vengono distrutti nel tempo dall’erosione e dalla subduzione, alcuni zirconi sono vecchi quasi quanto la Terra stessa. Come tali, gli zirconi possono letteralmente raccontare l’intera storia del pianeta – se si conoscono le domande giuste da porre.
Gli scienziati hanno cercato di determinare i livelli di ossidazione dei magmi che hanno formato questi antichi zirconi per quantificare, per la prima volta in assoluto, quanto ossidati erano i gas rilasciati all’inizio della storia della Terra. Capire il livello di ossidazione potrebbe fare la differenza tra il brutto gas di palude e la miscela di vapore acqueo e anidride carbonica a cui siamo attualmente così abituati, secondo l’autore principale dello studio Dustin Trail, un ricercatore post-dottorato nel centro di astrobiologia.
“Determinando lo stato di ossidazione dei magmi che hanno creato lo zircone, potremmo poi determinare i tipi di gas che alla fine si sarebbero fatti strada nell’atmosfera”, ha detto Trail.
Per fare questo Trail, Watson, e il loro collega, il ricercatore post-dottorato Nicholas Tailby, hanno ricreato la formazione di zirconi in laboratorio a diversi livelli di ossidazione. Hanno letteralmente creato la lava in laboratorio. Questa procedura ha portato alla creazione di un indicatore di ossidazione che potrebbe poi essere confrontato con gli zirconi naturali.
Durante questo processo hanno cercato le concentrazioni di un raro metallo terrestre chiamato cerio negli zirconi. Il cerio è un importante indicatore di ossidazione perché può essere trovato in due stati di ossidazione, con uno più ossidato dell’altro. Più alte sono le concentrazioni del cerio di tipo più ossidato negli zirconi, più ossidata era l’atmosfera dopo la loro formazione.
Le calibrazioni rivelano un’atmosfera con uno stato di ossidazione più vicino alle condizioni attuali. I risultati forniscono un importante punto di partenza per la ricerca futura sulle origini della vita sulla Terra.
“Il nostro pianeta è il palcoscenico su cui si è svolta tutta la vita”, ha detto Watson. “Non possiamo nemmeno iniziare a parlare della vita sulla Terra finché non sappiamo qual è questo stadio. E le condizioni dell’ossigeno erano di vitale importanza per il modo in cui influenzano i tipi di molecole organiche che si possono formare.”
Nonostante sia l’atmosfera che la vita attualmente respira, vive e prospera, la nostra attuale atmosfera ossidata non è attualmente intesa come un grande punto di partenza per la vita. Il metano e le sue controparti povere di ossigeno hanno molto più potenziale biologico per passare da composti inorganici ad aminoacidi e DNA che sostengono la vita. Come tale, Watson pensa che la scoperta del suo gruppo possa rinvigorire le teorie che forse quei mattoni per la vita non sono stati creati sulla Terra, ma consegnati da altre parti della galassia.
I risultati non sono, tuttavia, in contrasto con le teorie esistenti sul viaggio della vita da organismi anaerobici ad aerobici. I risultati quantificano la natura delle molecole di gas contenenti carbonio, idrogeno e zolfo nella prima atmosfera, ma non fanno luce sull’aumento molto più tardi dell’ossigeno libero nell’aria. C’era ancora una quantità significativa di tempo per l’accumulo di ossigeno nell’atmosfera attraverso meccanismi biologici, secondo Trail.