Gli ultimi anni hanno visto un'esplosione di scoperte di esopianeti. Alcuni di questi mondi si trovano in quella che riteniamo la "zona abitabile", almeno nelle osservazioni preliminari. Ma quanti di loro avranno atmosfere che sostengono la vita e ricche di ossigeno nella stessa vena della Terra?
Un nuovo studio suggerisce che le atmosfere respirabili potrebbero non essere rare come pensavamo su pianeti vecchi come la Terra.
La Terra ha impiegato molto tempo a sviluppare l'atmosfera ossigenata di cui godiamo ora. Fino a circa 2,4 miliardi di anni fa, il nostro pianeta aveva molto meno ossigeno nell'atmosfera e negli oceani. Tutto è cambiato quando si è verificato un grande evento di ossigenazione; il primo dei tre che ha modellato la Terra.
Il modello in tre fasi dell'ossigenazione della Terra è abbastanza ampiamente compreso e accettato, sebbene non sia privo di controversie. Il modello delinea tre grandi cambiamenti nella storia della Terra, ognuno dei quali altera sostanzialmente l'atmosfera terrestre aggiungendo più ossigeno.
I tre eventi sono stati:
- Il grande evento di ossidazione si è verificato circa 2,4 miliardi di anni fa durante l'era paleoproterozoica. In questo caso, l'ossigeno prodotto biologicamente si accumula negli oceani e nell'atmosfera, portando probabilmente a un'estinzione di massa iniziale.
- L'evento di ossigenazione neoproterozoica ha visto un drammatico aumento dei livelli di ossigeno e ha preceduto l'esplosione di Cambrian circa 540 milioni di anni fa.
- L'evento di ossigenazione paleozoica si è verificato circa 400 milioni di anni fa e ha visto l'ossigeno raggiungere il livello attuale di circa il 21%.
La storia dell'ossigenazione della Terra è complicata. Non è stata una progressione lineare. Inizialmente, l'ossigeno è stato prodotto come sottoprodotto di scarto dalle forme di vita, e gran parte di esso è stato assorbito dalla crosta terrestre. L'ossigeno è altamente reattivo e ha formato tutti i tipi di composti con altri elementi e si è bloccato nella crosta. In particolare, ha reagito con il ferro per produrre ossido di ferro nella documentazione geologica, uno dei nostri migliori indicatori di quando l'ossigeno è entrato nell'atmosfera.
C'è molto dibattito attorno a questo modello però. Secondo una comprensione del modello, i batteri fotosintetici nell'oceano hanno prodotto gran parte dell'ossigeno precoce. Quindi i pianeti terrestri arrivarono centinaia di milioni di anni dopo, aumentando di nuovo il livello di ossigeno. Ci sono anche prove che la tettonica a zolle e le massicce eruzioni vulcaniche hanno avuto un ruolo.
Un articolo degli autori di questo nuovo studio afferma che questo modello implica che un certo livello di fortuna è necessario per creare un mondo ricco di ossigeno. "Se non fosse avvenuta un'eruzione vulcanica o un certo tipo di organismo non si fosse evoluto, allora l'ossigeno potrebbe essersi bloccato a bassi livelli", afferma.
Ma forse non è così.
Il loro nuovo studio si intitola "L'ossigenazione graduale della Terra è una proprietà intrinseca del ciclo biogeochimico globale" e la parola "inerente" è la chiave qui. Gli autori affermano che una volta che avessimo avuto i microbi e la tettonica delle placche giusti, entrambi stabiliti 3 miliardi di anni fa, era solo questione di tempo prima di raggiungere il livello di ossigeno che abbiamo ora. Indipendentemente da vulcani e piante terrestri.
“Questa ricerca mette davvero alla prova la nostra comprensione di come la Terra sia diventata ricca di ossigeno e quindi in grado di supportare la vita intelligente.“
Lewis Alcott, autore principale, Earth Surface Science Institute, Università di Leeds.
Piuttosto che forze esterne, è stato "un insieme di feedback interni che coinvolgono i cicli globali di fosforo, carbonio e ossigeno" che ha portato all'ossigenazione della Terra, come afferma lo studio. In effetti, quei cicli avrebbero "prodotto lo stesso modello in tre fasi osservato nella documentazione geologica".
Tutto si riduce a questo, dall'articolo: "Concludiamo che gli eventi di ossigenazione della Terra sono del tutto coerenti con l'ossigenazione graduale della superficie planetaria dopo l'evoluzione della fotosintesi ossigenata".
Ma come sono arrivati a questa conclusione?
I ricercatori provengono dall'Università di Leeds nel Regno Unito. L'autore principale è Lewis J. Alcott, uno studente di dottorato con sede presso il Earth Surface Science Institute. Alcott e gli altri ricercatori hanno lavorato con un modello consolidato di biogeochimica marina e lo hanno modificato. Hanno seguito quel modello in tutta la storia della Terra e hanno scoperto che ha prodotto i tre principali eventi di ossigenazione da solo.
In un comunicato stampa Alcott ha dichiarato: "Questa ricerca mette davvero alla prova la nostra comprensione di come la Terra è diventata ricca di ossigeno e quindi in grado di supportare la vita intelligente".
Il pensiero dominante dietro la storia dell'ossigenazione della Terra si basa su un paio di ampie categorie di eventi per spiegarlo. Uno è rappresentato dai maggiori sviluppi evolutivi nelle forme di vita che producono ossigeno. Fondamentalmente "rivoluzioni biologiche", in cui le forme di vita sono diventate progressivamente più complesse e hanno progettato un ambiente ricco di ossigeno. La seconda categoria sono le rivoluzioni tettoniche: un drammatico e particolare aumento dell'attività tettonica, inclusa una significativa attività vulcanica, che ha alterato la crosta e portato a maggiori livelli di ossigeno.
Ci sono stati molti dibattiti sull'esatta natura di entrambe queste grandi categorie, ma questo nuovo studio sta dando agli scienziati qualcosa in più a cui pensare. Piuttosto che fare affidamento su eventi "graduali" che possono essere individuati nella documentazione geologica per spiegare l'ossigenazione, il nuovo studio punta a cicli di feedback tra fosforo, carbonio e ossigeno.
Lo studio suggerisce anche che l'ossigenazione era inevitabile.
Il co-autore del professor Simon Poulton, anch'egli della School of Earth and Environment di Leeds, ha dichiarato: “Il nostro modello suggerisce che l'ossigenazione della Terra a un livello in grado di sostenere la vita complessa era inevitabile, una volta che i microbi che producono ossigeno si sono evoluti. ”
Al centro di questo nuovo modello c'è il ciclo marino del fosforo. Il loro modello ha prodotto lo stesso modello di ossigenazione in tre fasi sperimentato dalla Terra “quando guidato solo da un passaggio graduale dalla riduzione alle condizioni superficiali ossidanti nel tempo. Le transizioni sono guidate dal modo in cui il ciclo marino del fosforo risponde al cambiamento dei livelli di ossigeno e da come questo influisce sulla fotosintesi, che richiede il fosforo. "
“Il nostro lavoro mostra che la relazione tra i cicli globali di fosforo, carbonio e ossigeno è fondamentale per comprendere la storia dell'ossigenazione della Terra. Questo potrebbe aiutarci a capire meglio come un pianeta diverso dal nostro possa diventare abitabile ”, ha affermato l'autore senior Dr. Benjamin Mills.
Quindi c'è ancora speranza per alcuni di quegli esopianeti.
Questo studio non sarà l'ultima parola sull'argomento. Ma è un risultato intrigante, e se resiste a ulteriori controlli scientifici, potrebbe avere un impatto sul modo in cui caratterizziamo gli esopianeti che abbiamo già trovato e su migliaia di altri che troveremo con TESS e altri futuri telescopi planetari.
Di Più:
- Comunicato stampa: dare nuova vita al dibattito sull'ossigeno terrestre
- Research Paper: L'ossigenazione graduale della Terra è una proprietà intrinseca del ciclo biogeochimico globale
- Articolo: Le atmosfere traspiranti possono essere più comuni nell'universo di quanto pensassimo inizialmente
- Research Paper (2014): L'ascesa di ossigeno nei primi oceani e atmosfera della Terra
