Cercetătorii de la New York Center for Astrobiology al NAI de la Rensselaer Polytechnic Institute au folosit cele mai vechi minerale de pe Pământ pentru a reconstrui condițiile atmosferice prezente pe Pământ la foarte scurt timp după nașterea sa. Descoperirile, care apar în numărul curent al revistei Nature, reprezintă prima dovadă directă a modului în care a fost atmosfera străveche a planetei la scurt timp după formarea sa și contestă în mod direct ani de cercetări cu privire la tipul de atmosferă din care a apărut viața pe planetă.
Oamenii de știință arată că atmosfera Pământului la doar 500 de milioane de ani după crearea sa nu era un pustiu plin de metan, așa cum s-a propus anterior, ci era mult mai apropiată de condițiile atmosferei noastre actuale. Descoperirile, prezentate într-o lucrare intitulată „The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere” (Starea de oxidare a magmei hadeene și implicațiile pentru atmosfera timpurie a Pământului), au implicații pentru înțelegerea noastră despre cum și când a început viața pe această planetă și ar putea începe în altă parte în univers.
Timp de decenii, oamenii de știință au crezut că atmosfera Pământului timpuriu a fost foarte redusă, ceea ce înseamnă că oxigenul era foarte limitat. Astfel de condiții sărace în oxigen ar fi dus la o atmosferă plină de metan nociv, monoxid de carbon, hidrogen sulfurat și amoniac. Până în prezent, există în continuare teorii și studii susținute pe scară largă cu privire la modul în care viața pe Pământ ar fi putut fi construită din acest cocktail atmosferic mortal.
Acum, oamenii de știință de la Rensselaer întorc pe dos aceste ipoteze atmosferice cu descoperiri care dovedesc că condițiile de pe Pământul timpuriu pur și simplu nu au fost favorabile formării acestui tip de atmosferă, ci mai degrabă unei atmosfere dominate de compuși mai bogați în oxigen care se găsesc în atmosfera noastră actuală – inclusiv apă, dioxid de carbon și dioxid de sulf.
„Acum putem spune cu o oarecare certitudine că mulți oameni de știință care studiază originile vieții pe Pământ au ales pur și simplu o atmosferă greșită”, a declarat Bruce Watson, profesor al Institutului de Științe de la Rensselaer.
Constatările se bazează pe teoria larg răspândită conform căreia atmosfera Pământului a fost formată de gazele eliberate de activitatea vulcanică de la suprafața sa. Astăzi, ca și în primele zile ale Pământului, magma care curge din adâncurile Pământului conține gaze dizolvate. Atunci când acea magmă se apropie de suprafață, aceste gaze sunt eliberate în aerul înconjurător.
„Majoritatea oamenilor de știință ar susține că acest gaz degajat de magmă a fost principalul aport în atmosferă”, a spus Watson. „Pentru a înțelege natura atmosferei „la început”, trebuia să determinăm ce specii de gaze se aflau în magmele care alimentau atmosfera.”
Atunci când magma se apropie de suprafața Pământului, fie erupe, fie stagnează în crustă, unde interacționează cu rocile din jur, se răcește și se cristalizează în rocă solidă. Aceste magme înghețate și elementele pe care le conțin pot fi pietre de hotar literale în istoria Pământului.
O piatră de hotar importantă este zirconul. Spre deosebire de alte materiale care sunt distruse în timp de eroziune și subducție, anumite zirconi sunt aproape la fel de vechi ca și Pământul însuși. Ca atare, zirconii pot spune literalmente întreaga istorie a planetei – dacă știi ce întrebări să pui.
Cercetătorii au căutat să determine nivelurile de oxidare ale magmelor care au format aceste zirconii antice pentru a cuantifica, pentru prima dată, cât de oxidate erau gazele eliberate la începutul istoriei Pământului. Înțelegerea nivelului de oxidare ar putea face diferența între un gaz de mlaștină neplăcut și amestecul de vapori de apă și dioxid de carbon cu care suntem atât de obișnuiți în prezent, potrivit autorului principal al studiului, Dustin Trail, cercetător postdoctoral în cadrul Centrului pentru Astrobiologie.
„Prin determinarea stării de oxidare a magmei care a creat zirconul, am putea determina apoi tipurile de gaze care vor ajunge în cele din urmă în atmosferă”, a declarat Trail.
Pentru a face acest lucru, Trail, Watson și colegul lor, cercetătorul postdoctoral Nicholas Tailby, au recreat formarea zirconului în laborator la diferite niveluri de oxidare. Ei au creat literalmente lavă în laborator. Această procedură a dus la crearea unui indicator de oxidare care a putut fi apoi comparat cu zirconii naturali.
În timpul acestui proces, ei au căutat concentrații ale unui metal terestru rar numit ceriu în zirconi. Ceriul este un indicator de oxidare important deoarece poate fi găsit în două stări de oxidare, cu una mai oxidată decât cealaltă. Cu cât sunt mai mari concentrațiile de ceriu de tipul mai oxidat în zirconiu, cu atât mai oxidată a fost probabil atmosfera după formarea lor.
Calibrările relevă o atmosferă cu o stare de oxidare mai apropiată de condițiile actuale. Descoperirile oferă un punct de plecare important pentru cercetările viitoare privind originile vieții pe Pământ.
„Planeta noastră este scena pe care s-a desfășurat toată viața”, a declarat Watson. „Nu putem nici măcar să începem să vorbim despre viața pe Pământ până când nu știm care este această etapă. Iar condițiile de oxigen au fost de o importanță vitală datorită modului în care acestea afectează tipurile de molecule organice care se pot forma.”
În ciuda faptului că este atmosfera în care viața respiră, trăiește și prosperă în prezent, atmosfera noastră oxidată actuală nu este înțeleasă în prezent ca fiind un punct de plecare excelent pentru viață. Metanul și omologii săi săraci în oxigen au un potențial biologic mult mai mare pentru a sări de la compuși anorganici la aminoacizi și ADN care să susțină viața. Ca atare, Watson crede că descoperirea grupului său ar putea revigora teoriile conform cărora poate că acele elemente constitutive ale vieții nu au fost create pe Pământ, ci livrate din altă parte a galaxiei.
Rezultatele nu contrazic însă teoriile existente privind călătoria vieții de la organismele anaerobe la cele aerobe. Rezultatele cuantifică natura moleculelor de gaz care conțin carbon, hidrogen și sulf în prima atmosferă, dar nu aruncă nicio lumină asupra creșterii mult mai târzii a oxigenului liber în aer. A existat încă o perioadă semnificativă de timp pentru ca oxigenul să se acumuleze în atmosferă prin mecanisme biologice, potrivit lui Trail.
.