La Grande Ossidazione

Alzi la mano chi non ha mai sentito la frase “come può l’uomo da solo modificare il clima?”. È una di quelle frasi tipiche che vengono fin troppo spesso pronunciate da sedicenti “esperti scettici” dell’origine antropica del cambiamento climatico.

A tal proposito vi voglio raccontare una storia che parla proprio del Grande evento ossidativo, cioè di come una creaturina, molto più piccola di noi, abbia potuto sconvolgere il clima del nostro pianeta in tempi relativamente brevi. Questa è la storia di un’”invenzione” dell’evoluzione così rivoluzionaria che ha letteralmente, cambiato il mondo: è la storia della fotosintesi clorofilliana e di uno dei più drammatici cambiamenti climatici, dovuti all’azione di organismi viventi, mai avvenuti nella storia del nostro pianeta.

La terra non è sempre stata il luogo che conosciamo oggi, poco dopo la sua formazione aveva già un’atmosfera ma questa era “riducente” ovvero ricca di composti chimici altamente ossidati come l’anidride carbonica. Una simile atmosfera si rifletteva nella composizione chimica degli oceani ed era la culla perfetta per quello che stava evolvendo nelle viscere della terra tra i labirinti delle fumarole vulcaniche: un insieme di reazioni chimiche che chiamiamo vita.

Col passare del tempo queste forme di vita acquisirono vita indipendente fino a popolare i mari.

Non sappiamo molto di questo periodo dell’evoluzione della vita ma sappiamo che ad un certo punto, circa 2.5 miliardi di anni fa, una nuova forma di vita emerse dalle profondità degli oceani e la storia del mondo cambiò per sempre. I cianobatteri, detti anche alghe verdi-azzurre, sono batteri unicellulari in grado di formare gruppi organizzati (non semplici colonie ma nemmeno veri e propri organismi pluricellulari) e furono proprio loro la causa del grande sconvolgimento di cui parliamo oggi (i cianobatteri compaiono già 2.9 miliardi di anni fa ma l’evoluzione delle loro particolari colonie è datata a 2.5 miliardi di anni fa). Questi organismi erano in grado di usare la luce del sole come fonte di energia producendo come scarto una molecola altamente tossica: l’Ossigeno.

Colonie di cianobatteri al microscopio. Foto di Josef Reischig
La fotosintesi ha creato come scarto l’ossigeno molecolare che mancava nella atmosfera originaria riducente della Terra, come dimostrano i minerali di alterazione del periodo come uraninite, pirite e siderite che non possono formarsi in condizioni ossidanti.

Abbiamo visto anche che tra la comparsa dei primi cianobatteri e la presenza di una atmosfera ossidante passano diverse centinaia di milioni di anni. Perchè?

Molto semplice: perché l’ossigeno appena prodotto veniva consumato dal sistema – Terra, mentre affinché ne restasse in atmosfera occorreva che ne venisse prodotto più di quello che serviva. Le più antiche banded iron formations, alternanze di sedimenti ad a ossido di ferro e argille dimostrano una forte alternanza in tempi molto brevi di ambienti riducenti e ossidanti e hanno iniziato a formarsi poco dopo la comparsa dei cianobatteri.

Banded Iron Formations dal Canada. Foto di James St. John (www.jsjgeology.net)
Ad un certo punto le cose cambiano: arriva il Grande Evento di Ossidazione, scompaiono i minerali tipici di ambienti non ossidanti e compaiono suoli rossi ossidati

Da quel momento l’ossigeno prodotto per via biologica assume in atmosfera una presenza stabile, sia pure a tenori molto più bassi dei nostri ma sufficienti ad ottenere un ambiente stabilmente ossidante, mentre in compenso diminuisce il CO2; il metano invece scompare: nell’atmosfera primitiva esistevano meccanismi che lo producevano sia biotici che abiotici ma il metano poteva esistere perché l’ambiente era riducente.

Il momento in cui l’atmosfera è diventata, sia pure debolmente, ossidante la sua produzione, biotica e abiotica, è continuata, anche se in tono minore: i batteri che lo producevano come scarto si sono ridotti di numero, non a loro agio nelle nuove condizioni atmosferiche, ma la persistenza delle sue molecole in atmosfera si è drasticamente ridotta. Per quanto riguarda il CO2, intervengono oltre alla fotosintesi altri processi che lo sequestrano, grazie ad un importante cambiamento tettonico.

Circa 250 milioni di anni prima ci sia stato un deciso avvio dei processi di tettonica a placche come li intendiamo oggi, che ha portato ad una modifica del vulcanismo.

I magmi più diffusi dell’Archeano erano basaltici, ora quelli granitici diventano preponderanti: questi ultimi contengono meno ferro e per alterarsi usano molto più CO2 e meno O2 dei precedenti. Inoltre sono molto aumentati i mari a bassa profondità che hanno permesso la sedimentazione di rocce carbonatiche, in cui viene sequestrata una ingente quantità di CO2.

Insomma, il sistema–Terra ha iniziato a consumare più CO2 di quella che veniva immessa in atmosfera dai vulcani e così, se l’elevato tenore di gas-serra dell’Archeano ha permesso la presenza di oceani liquidi nonostante la bassa attività solare del Sole di allora, la loro diminuzione ha innescato un episodio di glaciazione globale molto lungo, conclusosi solo quando il tenore di CO2 è ripreso a livelli tali da mantenere sul pianeta un calore capace di sciogliere i ghiacci.

Piccole azioni continue e costanti cambiano il mondo.

La Grande Ossidazione ebbe inizio all’incirca 2.45 miliardi di anni fa, quando il livello di ossigeno aumentò rapidamente fino a 0.02-0.04 atm. Si ritiene che la riduzione dell’anidride carbonica e del metano in atmosfera che accompagnò, portò alla più grande glaciazione che il nostro pianeta abbia mai conosciuto: la glaciazione uroniana. In meno di mezzo miliardo di anni i cianobatteri erano riusciti a prendere parte in una serie di cambiamenti geochimici che avrebbero modificato il clima della terra in modo catastrofico e causato la più grande glaciazione di tutti i tempi.

La comparsa dell’Ossigeno nei mari fu un duro colpo per moltissime forme di vita che dovettero ripiegare in nicchie protette sul fondo degli oceani, lontane da questa sostanza altamente tossica ma permise anche la comparsa di organismi non solo in grado di sopportare la presenza di ossigeno ma anche di usarlo nel loro metabolismo. Vedevano la luce gli organismi aerobi (noi) e il mondo assisteva alla loro rapida evoluzione.

Una creaturina di circa 1 micron di diametro, che non esiteremmo un attimo a definire insignificante, è riuscita a catalizzare uno dei piu` grandi e catastrofici cambiamenti mondo con le sue emissioni inquinanti e noi che ci consideriamo l’unica specie intelligente di questo pianeta, noi che facciamo parte della specie che molti non definiscono (con difetto di modestia) “pinnacolo dell’evoluzione” e padrona del mondo; ci riscopriamo improvvisamente piccoli e impotenti quando ci fa comodo negare le nostre responsabilità e fuggire alla necessità di agire.

Aldo Piombino e Matteo Bonas

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