Prova della presenza di ferro nell’oceano cambia la storia della Terra

Riverside, California – Nel corso dell’ultimo mezzo miliardo di anni, l’oceano è stato pieno di ossigeno e brulicante di vita animale. Ma prima che la vita animale si evolvesse, l’ossigeno era molto più difficile da trovare. Ora un nuovo studio condotto da ricercatori della University of California, rivela che le profondità dell’ oceano non solo erano prive di ossigeno, ma anche ricche di ferro, un nutriente chiave, per quasi un miliardo di anni in più di quanto si pensasse – proprio in quell’intervallo evolutivo che culminò con la comparsa degli animali.”Le implicazioni del nostro lavoro sono di vasta portata”, ha detto Timothy Lyons, professore di biogeochimica e ricercatore principale dello studio. “Avremo bisogno di ripensare, in modo fondamentale, tutti i nostri modelli di come i nutrienti essenziali per  la vita siano stati distribuiti nel mare nel tempo e nello spazio.”
I risultati dello studio sono pubblicati sul numero di settembre della rivista Nature.

I precedenti modelli chimici degli oceani

La maggior parte degli scienziati concordano sul fatto che la Terra, prima di 2,4 miliardi anni fa, conteneva solo in tracce l’ ossigeno e che gli oceani sono stati prevalentemente pieno di ferro disciolto. Ma gli scienziati sono molto meno in accordo sulla composizione chimica degli oceani durante i “capitoli centrali” della storia della Terra in seguito all’ossigenazione atmosferica, da circa 2,4 miliardi a 500.000 anni fa, quando la diversità degli organismi che conosciamo oggi, compresi gli animali, hanno fatto la loro comparsa.

I modelli classici per questa finestra di tempo sostengono che l’oceano sia diventato ricco di ossigeno quando si è accumulato prima nell’atmosfera. Questo aumento di ossigeno nell’acqua del mare è stato collegato alla scomparsa dei depositi di minerale di ferro noti come ‘formazioni del ferro a bande,’ la fonte di quasi tutto il ferro usato per produrre l’acciaio oggi. L’ossigeno, si sostiene, avrebbe ‘arrugginito’ gli oceani, privandoli di ferro disciolto.

Più di un decennio fa, tuttavia, un’altra idea prese corpo: il solfuro di idrogeno. Prodotto dai batteri in assenza di ossigeno, l’idrogeno solforato, si sosteneva, avrebbe potuto avere rimosso il ferro dall’oceano  proprio nel corso di quei “capitoli centrali” della storia della Terra, cosa che fu fatale per i depositi di ferro. In un oceano pieno di solfuro di idrogeno, diversi elementi che sostengono la vita, tra cui il ferro, possono essere rimossi dal mare, causando potenzialmente una crisi biotica.

Nuova prospettiva 

“Il problema da sempre è stata una generale mancanza di prove fisiche circa la quantità di ossigeno, ferro e solfuro negli oceani nella storia della Terra, soprattutto in un periodo critico di un miliardo di anni che va all’incirca  da1,8 e 0,8 miliardi di anni fa”, ha detto Noè Planavsky, uno studente di dottorato nel Dipartimento UC Riverside di Scienze della Terra e autore principale del nuovo studio. “Alcuni lavori precedenti hanno sostenuto un ritorno ad un oceano ricco di ferro 0,8 miliardi anni fa. Piuttosto che un ritorno, però, avevamo previsto che il ferro avrebbe potuto aver dominato le profondità dell’oceano fino alla ossigenazione e al concomitante aumento di animali circa mezzo miliardi di anni fa. ”

Planavsky e i suoi colleghi della UCR e in Canada, Australia e  Cina hanno cercato di rimediare alla carenza di dati. I campioni di roccia nuova raccolti da tutto il mondo suggeriscono una continuità finora sconosciuta nella chimica dell’oceano su gran parte della storia. Questi dati, i primi nel loro genere, puntano verso un quadro in cui l’oceano era povero di ossigeno e ricco di ferro  per il 90 per cento della storia della Terra, in cui l’ossigeno e il solfuro di idrogeno, quando presenti, erano limitati per lo più agli strati superficiali e lungo i margini degli oceani, rispettivamente.

Il compito è ora quello di riconsiderare se la presunta carenza di nutrienti attribuita alla diffusione  dell’ idrogeno solforato era effettivamente reale e se è stata un acceleratore dello sviluppo iniziale. “La nostra nuova conoscenza che l’oceano profondo è stato anossico e ricco di ferro non significa che la vita fosse facile, però,” ha detto Lyons . “Basta che il  solfuro sia persistito intorno ai bordi del mare per limitare gravemente gli altri nutrienti chiave. Stiamo ancora verificando questa ipotesi.”

Precisando i dettagli

I risultati dei ricercatori hanno anche indicato che né l’ossigeno né l’idrogeno solforato hanno disattivato i depositi di ferro circa 1,8 miliardi di anni fa. Essi suggeriscono invece che i sistemi idrotermali sul fondo del mare sono il fattore più importante per il controllo della distribuzione del ferro.

“Questi sistemi idrotermali sono prese d’aria ad alta temperatura sul fondo del mare legati all’attività magmatica e possono pompare enormi quantità di ferro nell’oceano”, ha spiegato Planavsky. “I precedenti ricercatori hanno suggerito che c’è stata una diminuzione della quantità di ferro da sistemi idrotermali circa 1,8 miliardi di anni fa. I nostri risultati supportano questa idea con convincenti prove fisiche, pur evidenziando che il ferro sarebbe  potuto persistere nel mare a livelli inferiori a quelli necessari per formare giacimenti “.

“Il passo successivo è quello di fondere meglio questo punto di vista chimico con i punti di vista tradizionali ed emergenti sull’evoluzione della vita , riconoscendo che la vita e l’ambiente co-evolvono in una danza intima di relazioni causa-effetto”, ha aggiunto Lyons.