La vita sulla Terra ha una storia lunga, ma anche estremamente turbolenta. In più di un’occasione si sono verificati episodi di estinzione di massa in cui la maggior parte delle specie viventi si è estinta e una biodiversità già altamente sviluppata si è ridotta al minimo, cambiando ogni volta il corso dell’evoluzione.
L’estinzione di massa più estesa è avvenuta circa 252 milioni di anni fa. Ha segnato la fine del periodo Permiano e l’inizio del periodo Triassico. Circa tre quarti di tutta la vita terrestre e circa il 95 percento della vita nell’oceano sono scomparsi nel giro di poche migliaia di anni.
L’estinzione di massa del Permiano-Triassico
Circa 251,9 milioni di anni fa, l’evento di estinzione di massa del Permiano-Triassico (PTME; noto anche come evento di estinzione del Tardo Permiano, l’ultimo evento di estinzione del Permiano, evento di estinzione della Fine del Permiano, e colloquialmente come la Grande Morte o Great Dying ) costituisce il confine tra i periodi geologici Permiano e Triassico, e con essi il Paleozoico e il Mesozoico. Si tratta dell’evento di estinzione di massa più grave conosciuto nella storia della Terra, con l’estinzione del 57% delle famiglie biologiche, dell’83% dei generi, dell’81% delle specie marine e il 70% delle specie di vertebrati terrestri.
È anche la più grande estinzione di massa di insetti conosciuta. È la più grande delle “Big Five” estinzioni di massa del Fanerozoico. Esistono prove di uno o tre distinti impulsi, o fasi, di estinzione.
Le cause precise della Grande Morte rimangono sconosciute. Il consenso scientifico è che la causa principale dell’estinzione di massa furono le eruzioni vulcaniche basaltiche che crearono i Trappi siberiani, che rilasciarono anidride solforosa e anidride carbonica, con conseguente euxinia, l’innalzamento delle temperature globali, e acidificazione gli oceani. Il livello di anidride carbonica atmosferica aumentò da circa 400 ppm a 2.500 ppm con circa 3.900-12.000 gigatonnellate di carbonio aggiunte al sistema oceano-atmosfera durante questo periodo.
Importanti fattori che contribuiscono all’estinzione di massa includono l’emissione di molta ulteriore anidride carbonica dalla decomposizione termica dei depositi di idrocarburi, inclusi petrolio e carbone, innescati dalle eruzioni, emissioni di metano dalla gassificazione dei clatrati di metano, emissioni di metano possibilmente da parte di nuovi microrganismi metanogeni nutriti dai minerali dispersi nelle eruzioni, un impatto extraterrestre con creazione del cratere Araguainha e conseguente rilascio sismico di metano, e la distruzione dello strato di ozono e l’aumento delle radiazioni solari dannose.
Insomma, le gigantesche attività vulcaniche nell’odierna Siberia e il rilascio di grandi quantità di metano dal fondo del mare sono state a lungo dibattute come potenziali fattori scatenanti dell’estinzione del Permiano-Triassico. Ma la causa esatta e la sequenza degli eventi che portarono all’estinzione di massa sono rimaste per lungo tempo controverse.
Lo studio
Questo fino a quando, nell’ottobre 2020, scienziati provenienti da Germania, Italia e Canada, nel quadro del progetto BASE-LiNE Earth finanziato dall’UE e guidato dal Prof. Dr. Anton Eisenhauer del GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel in collaborazione con l’Helmholtz Center Potsdam GFZ German Research Center per Geosciences, sono stati per la prima volta in grado di ricostruire in modo definitivo l’intera cascata di eventi che portarono all’estinzione di massa utilizzando tecniche analitiche all’avanguardia e modelli geochimici innovativi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista internazionale Nature Geoscience.
Per lo studio, il team di BASE-LiNE Earth ha utilizzato un archivio ambientale precedentemente spesso trascurato: i gusci dei brachiopodi fossili. “Questi sono organismi simili a vongole che esistono sulla Terra da più di 500 milioni di anni. Siamo stati in grado di utilizzare fossili di brachiopodi ben conservati provenienti dalle Alpi meridionali per le nostre analisi. Queste conchiglie sono state depositate sul fondo dei mari poco profondi della piattaforma del Tethys Ocean 252 milioni di anni fa e hanno registrato nei loro gusci le condizioni ambientali esistenti poco prima e all’inizio dell’estinzione“, spiega la dott.ssa Hana Jurikova.
Jurikova è la prima autrice dello studio, che ha condotto nell’ambito del progetto BASE-LiNE Earth e della sua tesi di dottorato presso GEOMAR.
Misurando diversi isotopi dell’elemento boro nei gusci fossili, il team è stato in grado di tracciare lo sviluppo dei valori di pH nell’oceano 252 milioni di anni fa. Poiché il pH dell’acqua di mare è strettamente legato alla concentrazione di CO2 nell’atmosfera, è stata possibile anche la ricostruzione della concentrazione di quest’ultima.
Per le analisi, il team ha utilizzato esami isotopici ad alta precisione presso GEOMAR e microanalisi ad alta risoluzione sullo spettrometro di massa a ioni secondari (SIMS) all’avanguardia di GFZ.
“Con questa tecnica, non solo possiamo ricostruire l’evoluzione delle concentrazioni atmosferiche di CO2 , ma anche risalire chiaramente all’attività vulcanica. La dissoluzione degli idrati di metano, che era stata suggerita come potenziale ulteriore causa, è altamente improbabile sulla base dei nostri dati “, spiega il dott. Marcus Gutjahr di GEOMAR, coautore dello studio.
Come passo successivo, il team ha inserito i dati ricavati dal boro e da ulteriori indagini basate sugli isotopi di carbonio in un modello geochimico computerizzato che simulava i processi della Terra in quel momento. I risultati hanno mostrato che il riscaldamento e l’acidificazione degli oceani associati all’immensa iniezione di CO2 vulcanica nell’atmosfera erano già fatali e hanno portato all’estinzione di organismi marini calcificanti proprio all’inizio dell’estinzione.
Tuttavia, il rilascio di CO2 ha portato anche ulteriori conseguenze; con l’aumento delle temperature globali causate dall’effetto serra, anche l’invecchiamento chimico sulla terra è aumentato.
Nel corso di migliaia di anni, quantità crescenti di nutrienti hanno raggiunto gli oceani attraverso fiumi e coste, che poi sono diventati eccessivamente fertilizzati. Il risultato è stato un impoverimento dell’ossigeno su larga scala e l’alterazione di interi cicli elementali.
“Questo crollo simile a un domino dei cicli e dei processi di sostegno vitale interconnessi ha portato alla fine alla catastrofica estensione osservata dell’estinzione di massa al confine Permiano-Triassico“, riassume la dott.ssa Jurikova.
Lo studio è stato condotto nell’ambito del progetto ITN BASE-LiNE Earth, finanziato dall’UE, in cui l’uso dei brachiopodi come archivio ambientale è stato sistematicamente studiato per la prima volta e metodi analitici pertinenti sono stati migliorati e sviluppati di recente.
“Senza queste nuove tecniche sarebbe difficile ricostruire i processi ambientali più di 250 milioni di anni fa con lo stesso livello di dettaglio che abbiamo raggiunto ora“, sottolinea il Prof. Dr. Anton Eisenhauer di GEOMAR, l’ex coordinatore del progetto BASE-LiNE Earth e coautore del nuovo studio, “inoltre, i nuovi metodi potranno essere applicati per altre applicazioni scientifiche“.
