Cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă, planeta noastră trecea prin una dintre cele mai profunde transformări din întreaga sa istorie. Atmosfera începea să acumuleze oxigen, oceanele se schimbau, iar activitatea microorganismelor modifica treptat chimia planetei. În rocile formate în acea perioadă s-a păstrat o urmă chimică neobișnuită, interpretată mult timp ca dovada unei perturbări globale în ciclul carbonului pe Pământ. Un nou studiu sugerează însă că această concluzie ar putea necesita o revizuire importantă.
Studiul, realizat de cercetători de la California Institute of Technology, arată că unul dintre cele mai importante semnale geochimice asociate cu această presupusă transformare globală ar putea fi rezultatul unor procese locale, desfășurate într-un singur bazin sedimentar. Dacă interpretarea se confirmă și în alte regiuni ale lumii, geologii ar putea fi nevoiți să regândească unul dintre episoadele importante din istoria timpurie a planetei.
O perioadă în care Pământul s-a transformat profund
Intervalul cuprins între aproximativ 2,5 și 2 miliarde de ani în urmă a fost marcat de Marea Oxidare (sau Marea Oxigenare), perioada în care oxigenul a început să se acumuleze în cantități semnificative în atmosfera Pământului. Această schimbare a modificat profund mediul planetei și a pregătit, pe termen foarte lung, condițiile care au făcut posibilă apariția formelor complexe de viață.
În acea lume dominată de microorganisme, materia organică produsă în oceane putea fi îngropată în sedimente. Carbonul provenit din această materie păstra o anumită semnătură izotopică, iar analiza raportului dintre izotopii carbonului permite astăzi cercetătorilor să reconstruiască procese petrecute cu miliarde de ani în urmă.
Rocile funcționează, într-un anumit sens, ca niște arhive ale trecutului. Așa cum inelele unui copac pot păstra informații despre condițiile de mediu din diferiți ani, compoziția chimică a rocilor poate conserva urmele unor schimbări produse în oceanele și atmosfera Pământului primordial.
Tocmai de aceea, o anomalie izotopică identificată în roci din Karelia, în nord-vestul Rusiei, și din bazinul Francevillian din Gabon a atras atenția geologilor. Cunoscută sub numele de evenimentul Shunga–Francevillian, această anomalie a fost considerată de mulți cercetători drept dovada unei perturbări de amploare a ciclului carbonului pe Pământ, produsă în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani.
Semnalul chimic care părea să indice un eveniment global
Interpretarea tradițională era relativ simplă: dacă roci formate în regiuni foarte diferite ale planetei prezintă semnale izotopice asemănătoare, acestea ar putea reflecta o schimbare produsă la scară globală.
În Karelia, cercetătorii au studiat în special rocile din Formațiunea Zaonega, un vechi bazin marin bogat în materie organică. Aceste roci conțin pirobitum, o formă de carbon organic insolubilă care se poate forma atunci când petrolul sau kerogenul sunt supuse unor temperaturi ridicate în subteran.
Noua echipă de cercetători a decis însă să privească problema dintr-o perspectivă diferită. În loc să se bazeze exclusiv pe semnătura izotopică a carbonului din rocile sedimentare, oamenii de știință au analizat gazele păstrate în incluziuni microscopice, mici „buzunare” închise în interiorul rocilor de-a lungul unei istorii de aproape 2 miliarde de ani.
Compoziția moleculară și izotopică a acestor gaze a oferit indicii despre procesele care au avut loc în momentul formării și transformării sedimentelor. Iar explicația care a început să se contureze era diferită de cea a unei schimbări planetare bruște.
Ce a fost anomalia Shunga–Francevillian?
Anomalia Shunga–Francevillian a fost o schimbare neobișnuită a proporției dintre izotopii carbonului, păstrată în roci vechi de aproximativ 2 miliarde de ani. Materia organică și unele roci carbonatice prezentau un deficit neobișnuit de carbon-13, fiind relativ mai bogate în carbon-12.
Deoarece acest semnal a fost descoperit în regiuni îndepărtate, din Karelia și Gabon, el a fost interpretat inițial ca dovada unei schimbări globale. Cercetătorii au presupus că oxigenul, devenit mai abundent după Marea Oxidare, a reacționat treptat cu cantități uriașe de materie organică veche îngropată în roci și sedimente. Prin această oxidare lentă, carbonul bogat în carbon-12 ar fi fost eliberat înapoi în circuitul carbonului, modificând semnătura chimică a oceanelor și sedimentelor de pe întreaga planetă.
Noul studiu sugerează însă că, cel puțin în Karelia, această anomalie ar fi putut fi produsă de procese locale, legate de activitatea magmatică, formarea hidrocarburilor și consumul acestora de către microorganisme.
Cum ar fi putut magma să creeze o anomalie în ciclul carbonului pe Pământ
Potrivit noii interpretări, în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani, o masă de magmă s-ar fi infiltrat în straturile de sedimente marine din regiunea care astăzi face parte din Karelia. Căldura intensă a acestei intruziuni magmatice ar fi modificat sedimentele bogate în materie organică. În aceste condiții s-au putut forma hidrocarburi, inclusiv metan și propan.
Aceste gaze nu au rămas însă neapărat captive în adâncuri. Ele s-ar fi deplasat treptat spre fundul oceanului, unde au devenit o sursă de energie pentru microorganisme capabile să consume metanul. Biomasa produsă de aceste microorganisme avea o semnătură izotopică săracă în carbonul mai greu, iar această semnătură a ajuns ulterior să fie încorporată în sedimente.
Astfel, ceea ce părea să fie dovada unei schimbări globale a ciclului carbonului pe Pământ ar putea fi explicat, cel puțin în cazul Formațiunii Zaonega, printr-un lanț de procese locale: încălzirea sedimentelor de către magmă, formarea hidrocarburilor, migrarea acestora și activitatea microorganismelor care le consumau.
Măsurătorile au indicat și diferențe mari de temperatură în rocile analizate. În apropierea intruziunii magmatice, temperaturile au ajuns la aproximativ 350 de grade Celsius, în timp ce la circa 300 de metri mai sus, în apropierea unui vechi loc unde materialele bituminoase au ajuns pe fundul mării, temperaturile estimate erau de aproximativ 72 de grade Celsius. Acest gradient termic susține ideea că procesele geologice locale au avut un rol esențial în formarea semnalului observat.
O perturbare locală, nu neapărat una planetară
Noul studiu nu demonstrează că evenimentul Shunga–Francevillian nu a avut niciodată o componentă globală. Cercetătorii subliniază că alte procese ar fi putut contribui la apariția anomaliei izotopice. Datele obținute din Karelia indică însă faptul că, în această regiune, cea mai mare parte a semnalului poate fi explicată prin fenomene produse în interiorul unui bazin sedimentar de câteva sute de kilometri pătrați.
Această diferență este importantă. În geologie, un fenomen observat într-o anumită regiune nu reprezintă automat dovada unei schimbări globale. Pentru a reconstitui istoria planetei, oamenii de știință trebuie să distingă permanent între procesele locale și semnalele care reflectă cu adevărat transformări la scară mondială.
Formațiunea Zaonega a fost până acum unul dintre siturile de referință pentru interpretarea evenimentului Shunga–Francevillian. Dacă semnalul de aici este dominat de procese locale, atunci întreaga ipoteză a unei perturbări globale a carbonului va trebui examinată mai atent.
Aceasta nu înseamnă neapărat că teoria anterioară este complet greșită. Mai degrabă, noul studiu arată cât de complexă poate fi istoria geologică a Pământului și cât de ușor poate un semnal local să pară, la prima vedere, parte a unui fenomen mult mai vast.
Gabonul ar putea oferi răspunsul decisiv
Următorul pas este compararea rezultatelor din Karelia cu rocile din Gabon, unde a fost identificată o anomalie izotopică asemănătoare. Cercetătorii intenționează să analizeze noi probe obținute prin proiectul internațional GOE-DEEP. Dacă în rocile din Gabon vor fi descoperite mecanisme locale comparabile cu cele propuse pentru Karelia, ipoteza unui eveniment global ar putea fi pusă și mai serios sub semnul întrebării.
Pe de altă parte, dacă semnalul din Gabon nu poate fi explicat prin procese locale și indică o schimbare a mediului la scară mult mai mare, cercetătorii ar putea descoperi că realitatea a fost mai complexă: unele dintre anomaliile observate în roci ar putea avea origini locale, în timp ce altele ar putea reflecta schimbări reale ale sistemului planetar.
Această comparație este esențială pentru înțelegerea modului în care a evoluat ciclul carbonului pe Pământ într-o perioadă în care planeta trecea prin transformări chimice și biologice fundamentale. Noile carote din Gabon urmează să fie analizate de o echipă internațională de cercetători, iar rezultatele ar putea clarifica dacă cele două regiuni au înregistrat același eveniment global sau două procese diferite care au lăsat urme chimice asemănătoare.
Ce ne învață rocile despre trecutul Pământului
Povestea acestei anomalii vechi de 2 miliarde de ani este și un exemplu despre felul în care funcționează știința. O interpretare acceptată pe baza celor mai bune dovezi disponibile poate fi ulterior revizuită atunci când apar noi metode de analiză și noi date.
În acest caz, studiul gazelor conservate în incluziuni microscopice a oferit o perspectivă care nu putea fi obținută doar prin analiza rocilor în ansamblu. Semnăturile izotopice trebuie interpretate împreună cu contextul geologic, biologic și termic în care s-au format.
O rocă poate păstra, simultan, urmele mai multor procese. În urmă cu 2 miliarde de ani, un bazin marin putea fi influențat de sedimentare, activitate microbiană, îngroparea materiei organice, migrarea hidrocarburilor și încălzirea produsă de magmă. După atâtea transformări, descifrarea mesajului păstrat în compoziția chimică a rocilor devine o adevărată muncă de detectiv.
Sursa: SciTechDaily