Come le collisioni di asteroidi e comete hanno ritardato l’evoluzione dell’atmosfera

Lo studio ha scoperto che le collisioni che hanno fermato la crescita di ossigeno sul pianeta sono più comuni di quanto si pensasse in precedenza.

Tra 2,5 e 4 miliardi di anni fa, un tempo noto come Archean eon, il tempo della Terra può essere spesso descritto come nuvoloso con la possibilità di un asteroide.

A quel tempo, non era raro che asteroidi o comete colpissero la Terra. In effetti, il più grande di loro, largo più di sei miglia, ha alterato la chimica dell’atmosfera primitiva del pianeta. Sebbene tutto ciò sia stato generalmente accettato dai geologi, ciò che non è ben compreso è quanto spesso questi grandi asteroidi si scontreranno e come gli effetti degli impatti abbiano influenzato l’atmosfera, in particolare i livelli di ossigeno. Un team di ricercatori ora pensa di avere alcune risposte.

In un nuovo studio, Nadia Drapon, assistente professore di Scienze della Terra e dei pianeti all’Università di Harvard, faceva parte di un team che ha analizzato i resti di antichi asteroidi e ha modellato gli effetti delle loro collisioni per dimostrare che gli attacchi si sono verificati più spesso di quanto si pensasse in precedenza, e potrebbe essere stato ritardato quando l’ossigeno ha iniziato ad accumularsi sul pianeta. Nuovi modelli potrebbero aiutare gli scienziati a capire con maggiore precisione quando il pianeta ha iniziato la sua strada verso la Terra che conosciamo oggi.

«L’ossigeno libero nell’atmosfera è fondamentale per qualsiasi organismo che utilizza la respirazione per produrre energia», ha detto Drapon. «Se non fosse per l’accumulo di ossigeno nell’atmosfera, probabilmente non esisteremmo».

Un team guidato dal Southwest Research Institute ha aggiornato i modelli di bombardamento planetario per capire come grandi impatti, come quello mostrato qui, hanno influenzato i livelli di ossigeno nell’atmosfera terrestre nel periodo Archeano, da 2,5 a 4 miliardi di anni fa. Crediti: SwRI / Simone Marchi

Il lavoro è descritto in scienze naturali della terra È stato guidato da Simon Marchi, uno scienziato del Southwest Research Institute di Boulder, in Colorado.

I ricercatori hanno scoperto che gli attuali modelli di bombardamento planetario sottovalutano la frequenza con cui asteroidi e comete si scontrano con la Terra. Il nuovo alto tasso di collisioni indica che le collisioni colpiscono il pianeta circa ogni 15 milioni di anni, circa 10 volte in più rispetto ai modelli attuali.

Gli scienziati se ne sono resi conto dopo aver analizzato le registrazioni di quelli che sembravano normali pezzi di roccia. In realtà sono prove antiche, note come sfere di impatto, che si sono formate in collisioni infuocate ogni volta che grandi asteroidi o comete colpiscono il pianeta. Di conseguenza, l’energia della collisione ha sciolto il materiale roccioso nella crosta terrestre e l’ha fatto evaporare, liberando un gigantesco pennacchio. Piccole goccioline di roccia fusa in quella nuvola si condensano e si solidificano, ricadendo sul terreno come particelle delle dimensioni di sabbia che si depositano sulla crosta terrestre. Questi segni antichi sono difficili da trovare perché formano strati nella roccia che di solito non sono più grandi di un pollice o giù di lì.

«Fondamentalmente fai lunghe passeggiate e guardi tutte le rocce che riesci a trovare perché le particelle di impatto sono così piccole», ha detto Drapon. «Mi sono davvero mancati così facilmente.»

Uno studio condotto da SwRI ha aggiornato i modelli di bombardamento basati su minuscole particelle di vetro, note come sfere da impatto, che riempiono diversi strati sottili e separati nella crosta terrestre, di età compresa tra circa 2,4 e 3,5 miliardi di anni. Strati di globuli, come quello visto in questo esemplare australiano di 5 centimetri e vecchio di 2,6 miliardi di anni, sono segni di antiche collisioni. Credito: per gentile concessione di UCLA/Scott Hasler e Oberlin/Bruce Simonson

Ma gli scienziati, come Drapon, hanno avuto le loro pause. «Negli ultimi due anni, sono state trovate prove per una serie di effetti aggiuntivi che non erano stati riconosciuti prima», ha detto.

Questi nuovi strati globulari hanno aumentato il numero totale di eventi di collisione noti durante la Terra primordiale. Ciò ha permesso al team del Southwest Research Institute di aggiornare i propri modelli di bombardamento per scoprire che il tasso di collisione era stato sottovalutato.

I ricercatori hanno quindi modellato come tutti questi effetti potrebbero influenzare l’atmosfera. In sostanza, hanno scoperto, gli effetti cumulativi delle collisioni di meteoriti da parte di oggetti di dimensioni superiori a sei miglia probabilmente hanno creato un pozzo di ossigeno che ha assorbito la maggior parte dell’ossigeno dall’atmosfera.

I risultati sono coerenti con la documentazione geologica, che mostra che i livelli di ossigeno atmosferico variavano ma rimanevano relativamente bassi nel primo periodo archeologico. Questo era il caso fino a circa 2,4 miliardi di anni fa, durante la fine di questo periodo di tempo in cui il bombardamento rallentò. La Terra ha quindi subito un importante cambiamento nella chimica di superficie che è risultato dall’aumento dei livelli di ossigeno noto come il Grande Evento di Ossidazione.

«Nel tempo, le collisioni sono diventate progressivamente meno frequenti e troppo piccole per essere in grado di alterare significativamente i livelli di ossigeno post-GOE», ha affermato Markey in una nota. «La Terra stava per diventare il pianeta attuale.»

Drapon ha affermato che i prossimi passi del progetto includono il mettere alla prova il loro lavoro di modellazione per vedere cosa possono modellare nelle rocce stesse.

«Possiamo effettivamente tracciare nella registrazione della roccia come l’ossigeno è stato assorbito dall’atmosfera?» chiese Drapun.

Riferimento: «Ossidazione atmosferica tardiva e variabile dovuta a tassi di collisione più elevati sulla Terra» di S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl e T. Lyons, ottobre 21 2021, scienze naturali della terra.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9