Organic Geochemistry of Shale Outcrop From the Morro Do Chaves Formation, Lowercretaceous, Sergipe-Alagoas Basin, Northeastern Brazil

Il tempo profondo lascia le sue impronte non solo nelle ossa dei dinosauri o nei gusci di creature antiche, ma nella stessa chimica delle rocce in cui vivevano. Questo campo, noto come geochimica organica, tratta la roccia sedimentaria come un archivio chimico. Quando piante, alghe e minuscoli organismi muoiono e si depositano sul fondo di un lago o di un oceano, i loro resti possono rimanere intrappolati nel fango. Nel corso di milioni di anni, questa materia organica si trasforma in cherogene, una sostanza cerosa che conserva la memoria dell'ambiente in cui è stata sepolta. Analizzando i tipi specifici di molecole di carbonio e i rapporti tra i diversi elementi all'interno di queste rocce, gli scienziati possono ricostruire antichi climi, determinare se l'acqua fosse dolce o salata e capire se il fondo del lago fosse ricco di ossigeno o completamente privo di aria. Comprendere queste condizioni è fondamentale perché rivela come la vita sia sopravvissuta nel passato e aiuta i geologi a individuare gli antichi ambienti dove potrebbero essersi formati petrolio e gas.

Nel nordest del Brasile, un tratto specifico di roccia racconta una storia drammatica di un lago che cambiava costantemente idea. La Formazione Morro do Chaves, risalente al Cretaceo inferiore, si trova in una regione che un tempo faceva parte di una vasta valle di rift mentre il supercontinente Gondwana iniziava a frammentarsi. Per decenni, i geologi hanno studiato i famosi letti di conchiglie qui presenti, noti come cochine, che sono densamente popolati dai resti di vongole e lumache. Questi letti di conchiglie sono stati a lungo compresi come formatisi in acque lacustri basse e tempestose. Tuttavia, gli strati di argillite scura trovati mescolati alle conchiglie sono rimasti un mistero. Sebbene le conchiglie attirino l'attenzione, le argilliti detengono la chiave della chimica dell'acqua e dei momenti di quiete tra le tempeste. Un team di ricercatori dell'Università Statale di Rio de Janeiro e di Petrobras ha deciso di esaminare da vicino queste fangose terre per comprendere in quale tipo di mondo fossero state depositate.

I ricercatori si sono concentrati il loro studio su una cava nello stato di Alagoas, un luogo dove gli strati di roccia sono esposti in una parete verticale lunga oltre un chilometro. Hanno raccolto con cura quattordici campioni di argillite da undici diversi livelli all'interno della parete rocciosa, spaziando dal fondo dell'esposizione fino alla cima. In laboratorio, hanno sottoposto queste rocce a una serie di test progettati per leggere la loro storia chimica. Hanno misurato la quantità totale di carbonio organico, che funge da indicatore di quanta vita sia stata preservata nel fango. Hanno anche riscaldato le roc로 in un ambiente controllato per vedere che tipo di idrocarburi rilasciavano, un processo che rivela il tipo di vita che originariamente morì lì. Infine, hanno utilizzato tecniche avanzate di separazione chimica per isolare specifici marcatori molecolari, noti come biomarcatori. Queste molecole sono come fossili chimici; conservano la firma strutturale degli organismi specifici che le hanno prodotte, permettendo agli scienziati di distinguere tra alghe, batteri e piante terrestri.

I risultati hanno dipinto il quadro di un ecosistema complesso e mutevole. L'analisi ha mostrato che la materia organica nelle argilliti non era uniforme; variava significativamente da uno strato all'altro. Alcuni strati contenevano alte quantità di carbonio organico, mentre altri erano molto poveri di esso. Le firme chimiche hanno indicato che la vita preservata in queste rocce proveniva da due fonti principali: alghe d'acqua dolce e piante terrestri. In diversi campioni, i ricercatori hanno trovato una forte presenza di cherogene di Tipo I e Tipo II. In termini semplici, questo significa che la materia organica derivava ampiamente da alghe e altri organismi acquatici che furono preservati in un ambiente con pochissimo ossigeno. La presenza di pirite, un minerale che si forma solo in acque povere di ossigeno, ha confermato che il fondo di questo antico lago era spesso stagnante e anossico.

Tuttavia, la storia non era quella di un semplice lago isolato. I dati chimici hanno suggerito che la chimica dell'acqua era in costante fluttuazione. In alcuni strati, i marcatori molecolari indicavano un ambiente puramente d'acqua dolce dominato da piante terrestri. In altri, i marcatori indicavano un mix di acqua dolce e salata, suggerendo che il lago fosse periodicamente invaso dal mare. I ricercatori hanno trovato prove di incursioni marine, in cui l'acqua di mare spingeva nel bacino del lago, probabilmente spinte dall'innalzamento del livello del mare e dai movimenti tettonici associati all'apertura dell'Oceano Atlantico meridionale. Questi eventi avrebbero creato un ambiente simile a una laguna di acqua salmastra, dove pesci marini e molluschi d'acqua salmastra potevano mescolarsi con le specie d'acqua dolce. I rapporti chimici di alcune molecole, come la relazione tra pristano e fitano, hanno aiutato il team a distinguere tra questi periodi calmi e umidi e i tempi più secchi e caldi quando il lago si restringeva e l'acqua diventava più concentrata.

Uno dei risultati più interessanti è arrivato da un campione specifico, etichettato come P05. Questo strato mostrava una firma chimica unica dominata da catene di carbonio di medie dimensioni che sono tipicamente prodotte da batteri che agiscono sul materiale algale. Ciò suggeriva che, durante il tempo in cui questo strato è stato depositato, l'ambiente era particolarmente calmo e umido, con una colonna d'acqua profonda e stabile che permetteva un diverso tipo di elaborazione biologica. Al contrario, altri strati mostravano segni di eventi ad alta energia, come tempeste o rapidi cambiamenti del livello dell'acqua, che probabilmente hanno lavato via gran parte della materia organica, lasciando dietro di sé il basso contenuto di carbonio visto in quei campioni. I test di maturità termica, che misurano quanto calore le rocce abbiano subito nel tempo, hanno indicato che le rocce erano ancora relativamente giovani in termini geologici e non erano state abbastanza "cotte" da trasformarsi in petrolio, preservando le delicate strutture chimiche necessarie per questa analisi.

Lo studio conclude che la Formazione Morro do Chaves rappresenta un paleoambiente disturbato e dinamico. Non era un lago statico, ma un sistema che oscillava tra condizioni di acqua dolce, salmastra e marina. Le argilliti registrano una storia di periodiche incursioni marine che trasformavano il lago in una laguna, creando un habitat unico dove forme di vita diverse potevano prosperare e morire. La presenza di materia organica sia continentale che marina, insieme all'evidenza chimica di fluttuazioni dei livelli di ossigeno, supporta l'idea che quest'area fosse una zona di transizione dove si incontravano le forze del continente che si rompeva e l'oceano che avanzava. Leggendo la chimica di queste mudstones, i ricercatori hanno colmato le lacune lasciate dalle famose conchiglie, rivelando una storia complessa di cambiamenti climatici, attività tettonica e il delicato equilibrio tra acqua dolce e salata che ha plasmato la vita in questo angolo dell'antica Brasile.