Cristalli di 4 miliardi di anni offrono indizi sulle origini della vita

Che aspetto aveva la Terra più di 4 miliardi di anni fa?

In un periodo precedente a quello in cui sono state create le meravigliose incisioni rupestri dei primi umani, quando gli alberi non registravano ancora il passare delle stagioni negli anelli del tronco, prima che la tettonica a placche piegasse la superficie della Terra, portando in superfice vecchi strati sedimentari e sollevandoli a formare catene di montagne.

Gli scienziati hanno trovato qualche indizio in un minerale estremamente duro, lo zircone.

I cristalli di zircone sono quasi indistruttibili; alcuni di quelli che si possono trovare ancora oggi hanno quasi 4,4 miliardi di anni.  Sono come delle minuscole capsule del tempo che conservano al loro interno l’impronta chimica di questo tempo primordiale. “Praticamente questa è la sola finestra sulle fasi di formazione del nostro pianeta”, spiega Dustin Trail, ricercatore all’Università di Rochester.

Decodificando queste tracce chimiche, gli scienziati stanno lentamente arrivando a capire quali fossero le condizioni ambientali che hanno favorito la comparsa della vita. Quale sia stato esattamente l’aspetto della superficie della Terra a quell’epoca è infatti rimasto un mistero per molto tempo.
Adesso, in uno studio pubblicato sulla rivista , Trail e i suoi colleghi hanno analizzato nel dettaglio questo enigma.

Usando l’impronta chimica degli zirconi, i ricercatori hanno identificato diversi tipi sedimenti che erano probabilmente presenti nelle prime fasi di formazione della Terra e nei quali sarebbero potute avvenire le prime reazioni biochimiche.

La Terra ricicla tutto

Quando la Terra si formò, più di 4,5 miliardi di anni fa, la sua superficie era completamente diversa da quella di oggi. Gli scienziati spesso descrivono questo periodo – giustamente chiamato Adeano da Ade il dio greco degli inferi – come un inferno infuocato, sul quale cadeva una pioggia incessante di meteoriti e dove innumerevoli vulcani eruttavano continuamente colate di lava alla superficie.

Ma tutto questo è basato su deduzioni, perché delle prime centinaia di milioni di anni di vita della Terra non rimane nessuna traccia fisica. “La Terra ha cancellato molte di queste informazioni”, spiega Trail. Il nostro pianeta, infatti, ricicla tutto. La tettonica a placche trasforma continuamente le vecchie rocce in nuove, e le colate di lava solidificano dando origine a nuove geomorfologie.

I cristalli di zircone, tuttavia, sono così duri che spesso sopravvivono alle intense temperature e pressioni di questo processo di metamorfosi e conservano degli indizi sugli ambienti nei quali si sono originariamente formati. Usando gli isotopi dell’ossigeno che si trovano all’interno di cristalli di zircone, gli scienziati avevano precedentemente scoperto che dell’acqua allo stato liquido copriva alcune parti del nostro pianeta circa 4,3 miliardi di anni fa, suggerendo che la superficie della Terra si sia raffreddata solo alcune centinaia di milioni di anni dopo la formazione del pianeta. E solo l’anno scorso altri ricercatori hanno scoperto delle possibili tracce delle prime forme di vita in alcune inclusioni ricche di carbonio in zirconi di 4,1 miliardi di anni fa.

Ma a parte queste scarse informazioni il paesaggio terrestre primordiale e gli ambienti che avrebbero potuto favorire lo sviluppo delle prime forme di vita rimangono in massima parte un mistero.

“Se cominciamo a capire quali tipi di materiale erano presenti a quell’epoca” spiega Trayl, “forse possiamo arrivare più vicino a capire come le reazioni biochimiche, o delle reazioni prebiotiche, possono avere utilizzato la crosta terrestre come substrato.”

Tracce chimiche

Per cercare delle risposte, Trayl e i suoi colleghi hanno studiato il silicio e l’ossigeno. Questi due elementi costituiscono circa il 75% delle rocce oggi presenti sulla Terra, spiega il ricercatore. Ed entrambi hanno una caratteristica molto utile: esistono in più di una forma chimica, o isotopo.

La formazione e la trasformazione delle rocce modifica la loro impronta isotopica. Per esempio, rocce formate dal raffreddamento della lava hanno un’impronta isotopica molto diversa da quella di rocce argillose formate dalla degradazione da parte degli agenti atmosferici di rocce preesistenti. E gli zirconi, formati essi stessi da tipi di rocce e sedimenti diversi che sono stati poi seppelliti nel profondo della Terra, fusi, e ricristallizzati, conservano ancora l’impronta isotopica di quei primi sedimenti.

Per condurre le delicate analisi del silicio e dell’ossigeno contenute negli zirconi, il gruppo di ricerca si è avvalso della microsonda ionica ad alta risoluzione dell’Università della California a Los Angeles. Questo strumento bombarda con un sottile fascio di ioni (particelle cariche elettricamente) i piccoli campioni di minerale e poi analizza gli ioni emessi in risposta dal campione stesso.

Per lo studio sono stati utilizzati campioni di zircone di 100 micron di dimensioni, cioè lo spessore di capello umano, provenienti da Jack Hills, una regione in Australia Occidentale caratterizzata da rocce con età stimata superiore ai 4 miliardi di anni. I ricercatori hanno confrontato i rapporti isotopici presenti in questi antichi minerali con i rapporti isotopici presenti in zirconi più giovani e di cui sono meglio conosciute le condizioni orogenetiche. Questo confronto, spiega Trails, ha fornito una chiave d’interpretazione sulle condizioni di formazione dei vecchi zirconi.

Un’immagine della Terra primordiale

Più della metà dei vecchi zirconi analizzati ha rivelato che nelle fasi iniziali di formazione della Terra ci sono state delle interazioni tra roccia e acqua in una serie di ambienti differenti.

Alcuni zirconi contengono l’impronta isotopica di rocce degradate dall’acqua che hanno dato origine a delle argille. In altri zirconi si trovano impronte di minerali disciolti che si sono cristallizzati per formare delle rocce come la selce oppure le formazioni ferrose stratificate che si trovano nei laghi e negli oceani. Altri ancora portano l’impronta del processo di serpentinizzazione, così detto per il colore e la struttura a scaglie che ricordano la pelle dei serpenti, durante il quale l’acqua reagisce con rocce ricche in ferro e magnesio e s’inserisce nella struttura dei minerali.

La cosa più importante è che ciascuna di queste reazioni crea una nuova nicchia ambientale che potrebbe aver favorito le prime reazioni biochimiche e i primi barlumi di vita.

“È un risultato piuttosto interessante” commenta Elizabeth Bell, ricercatrice in Geochimica all’Università della California, Los Angeles, che non era coinvolta nel lavoro. Molti di questi processi non possono essere distinti utilizzando solamente gli isotopi dell’ossigeno, nota la ricercatrice per la quale l’impiego del silicio è “davvero significativo”.

Bell è l’autrice principale di uno studio del 2017 che aveva trovato tracce di vita in alcuni zirconi di 4,1 miliardi anni. I risultati del gruppo di ricerca di Trail confermano le sue scoperte e quelle di altri ricercatori su ciò che è avvenuto nelle prime fasi di vita della Terra. “È come se alla fine tutti i pezzi combaciassero assieme”, dice.

Tutto quello che ci circonda e tutto quello di cui siamo fatti, ha avuto origine dalla polvere di stelle e dai processi avvenuti all’inizio della formazione della Terra. Questi hanno dato origine a tutte le molecole, ai minerali e i complessi organismi che esistono oggi, ai nostri cellulari, al cibo che mangiamo, al cuore che ci batte nel petto. E gli scienziati stanno cominciando solo adesso a sbrogliare queste origini.

“Siamo in un momento veramente interessante” dice Trail. “Stiamo cominciando a capire che aspetto avesse il nostro pianeta più di 4 miliardi di anni fa. E questo è molto emozionante.”

Nell’Illustrazione di Ryan Rossotto: Gli scienziati e gli artisti spesso immaginano la Terra primordiale come una sorta d’inferno, dominata da vulcani e da colate di lava. Ma è probabile che in circa due milioni di anni la crosta terrestre si sia raffreddata abbastanza da permettere la presenza di acqua liquida alla sua superficie. È probabile che la vita si sia sviluppata subito dopo

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Fonte: http://www.nationalgeographic.it/

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