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Cambiamenti climatici - Acquisizione di ossigeno nell'aria


Nella fase più primitiva l’attuale atmosfera era, come abbiamo visto, costituita da gas ridotti, derivanti presumibilmente dall’attività vulcanica, quindi dai materiali emessi dal cuore della Terra. Uno stato chimico ridotto era la norma universale: affinchè l’ossigeno gassoso potesse essere immesso nell’atmosfera, le potenziali fonti primordiali di ossigeno, probabilmente, dovevano essere sature. Le superfici rocciose erano tutte ridotte, come lo sono ancora oggi al di sotto del sottile strato ossidato che ricopre la superficie terrestre. Ma come è stato pompato l’ossigeno nell’aria?

Oggi sappiamo che i meccanismi alla base del processo sono essenzialmente due: uno è puramente fisico, ovvero la dissociazione del vapore acqueo in ossigeno ed idrogeno molecolare nella parte superiore dell’atmosfera (mentre l’ossigeno entra in gioco nei processi vitali, l’idrogeno liberato dalla dissociazione è invece interamente rimosso dal sistema terra, anche se il processo è molto lento). Il processo è attivato dalla radiazione solare ionizzante, che milioni d’anni fa condensò il vapore acqueo in gran quantità e produsse l’acqua liquida che avrebbe formato gli oceani primordiali. È un processo ancora attivo, ma al di sopra dello scudo di ozono.

Il secondo meccanismo è quello della fotosintesi: la maggior parte dei geochimici asserisce ormai da tempo che la fotosintesi era la fonte maggiore di ossigeno atmosferico. Il problema rispetto a tale ipotesi teorica era quello del “carbonio perso”: infatti la fotosintesi bilancia  l’ossigeno rilasciato con composti di carbonio ridotto che costituiscono l’oggetto della sintesi. Poichè il carbonio richiesto per tali processi era di misura estremamente maggiore di quello presente oggi in tutte le riserve di combustibili fossili conosciute, includendo il carbone, il petrolio, il gas naturale e schisto, bisognava capire dove fosse andato a finire il carbonio “perso” durante il processo fotosintetico. Come appurato da uno studio effettuato sul carbonio disciolto nel mare, i depositi di carbonio organico furono sicuramente seppelliti in enormi quantità nei depositi sedimentari in fondo all’oceano. I sedimenti analizzati che hanno dato tali risposte, sono spessi più di 6000 metri ed i campioni utilizzati erano distanti tra loro anche più di 6000 km.

Quindi, una grande quantità di ossigeno si formò quando si svilupparono, quasi due miliardi di anni fa, le prime cellule fotosintetiche, i procarioti che conosciamo come cianofite. L'avvento della fotosintesi ossigenica trasformò il miscuglio di gas praticamente anossico in quello attuale, in cui l'ossigeno rappresenta circa il 20% del totale. In sintesi, l'aumento di ossigeno nell’atmosfera che si è verificato nel tempo, fu dovuto al fatto che la produzione fotosintetica superò in media il suo consumo dovuto alla respirazione ed al seppellimento di materia organica.

I risultati di questa evoluzione furono di comportamento dell'atmosfera e dell'idrosfera da riducente ad ossidante e la completa trasformazione della biosfera dal primitivo regime fermentativo a quello autotrofo e respiratorio. Il contenuto di ossigeno dell'atmosfera e degli oceani che, circa 570 milioni di anni fa, poteva garantire la respirazione dei soli organismi marini, aumentò progressivamente fino a consentire, intorno a 400 milioni di anni fa, anche la colonizzazione delle terre emerse.

Oggi si stima che il 90% di tutti i processi fotosintetici che avvengono sul pianeta, con la conseguente liberazione di ossigeno, abbia luogo nelle acque marine e sia dovuto in gran parte agli organismi del fitoplancton. Quest’ultimo, inoltre, rappresenta il primo anello della grande rete alimentare acquatica: trasforma infatti l’energia della luce che filtra negli strati più superficiali delle acque, in materia organica utilizzabile dagli organismi eterotrofi.