Circa 183 milioni di anni fa, un’imponente eruzione di vulcani sottomarini nell’attuale regione del Sudafrica riversò una quantità colossale di anidride carbonica – circa 20.500 gigatonnellate – nel sistema oceano-atmosfera, alterando profondamente il ciclo dell’ossigeno.
Per dare una prospettiva sulla portata di questo evento, detto Evento Anossico Oceanico del Toarciano, è significativo notare che l’attività umana tra il 1850 e il 2019 ha immesso nell’atmosfera circa 2.390 gigatonnellate di gas, equivalenti a circa il 12% del totale rilasciato nel Giurassico, ma in un lasso di tempo drasticamente inferiore, meno di due secoli.
L’Antico Evento Anossico Oceanico del Toarciano: un avvertimento dal Giurassico
Il professor François Tissot del California Institute of Technology sta studiando approfonditamente le conseguenze di questa massiccia emissione di carbonio sui mari del Giurassico, cercando di trarre insegnamenti preziosi per il destino degli oceani odierni. Testimonianze di questo cataclisma antico si trovano nelle fasce di calcare dell’Italia meridionale, che documentano l’Evento Anossico Oceanico del Toarciano (T-OAE).
Questo fu un periodo in cui vastissime estensioni di acqua marina persero completamente l’ossigeno, causando l’estinzione di numerose specie marine. Durante l’Evento Anossico Oceanico del Toarciano , sebbene solo il 6-8% del fondale marino fosse interessato da queste “zone morte” prive di ossigeno, quest’area era comunque da 28 a 38 volte più estesa delle attuali zone anossiche. Tissot ha osservato come “si possono osservare moltissimi fossili nei sedimenti oceanici prima dell’Evento Anossico Oceanico del Toarciano, e poi improvvisamente scompaiono“, a riprova della drastica perdita di vita marina.
L’Evento Anossico Oceanico del Toarciano fu scatenato dalla Grande Provincia Ignea del Karoo-Ferrar, che eruttando riversò quantità enormi di carbonio nell’ambiente. Ciò provocò un riscaldamento globale, rallentò il rimescolamento degli oceani e alterò la loro chimica in misura tale da sottrarre ossigeno all’acqua. Questo periodo anossico persistette per un intervallo stimato tra i 300.000 e i 500.000 anni, per poi attenuarsi gradualmente man mano che le pulsazioni vulcaniche si esaurivano e i feedback naturali ripristinavano l’equilibrio nei cicli del carbonio e dell’ossigeno.
La ricerca del professor Tissot ha evidenziato un parallelo preoccupante tra il passato geologico e le tendenze attuali. Sebbene l’entità delle emissioni antiche superi ancora quelle moderne, la velocità con cui l’umanità sta alterando la composizione atmosferica e oceanica suggerisce la possibilità di innescare processi simili su scale temporali molto più brevi. Comprendere appieno la dinamica e le conseguenze dell’Evento Anossico Oceanico del Toarciano è fondamentale per anticipare e mitigare i potenziali impatti del cambiamento climatico attuale sugli ecosistemi marini e sulla stabilità del sistema terrestre. Riusciremo a evitare un destino simile ai mari del Giurassico?
L’impressione geochimica dell’anossia antica
L’aumento dei gas serra nel Giurassico ha innescato una cascata di eventi che ha portato alla deossigenazione degli oceani. Il riscaldamento delle acque superficiali ha accentuato la stratificazione oceanica, impedendo all’ossigeno fresco di raggiungere le profondità. A peggiorare la situazione, l’acqua più calda ha una capacità intrinseca minore di trattenere i gas disciolti, il che significa che ogni grado di riscaldamento ha ulteriormente ridotto la concentrazione di ossigeno.
Contestualmente, il deflusso di nutrienti dalle ceneri vulcaniche fresche ha probabilmente stimolato un’intensa proliferazione algale. La successiva decomposizione di questa materia organica, una volta affondata, ha consumato ancora più ossigeno negli strati più profondi dell’oceano, aggravando il deficit.
Il risultato di questi processi è stata l’anossia, uno stato chimicamente ridotto che favorisce la precipitazione di isotopi di uranio un tempo solubili nei sedimenti. Questo processo ha lasciato una vera e propria “impronta digitale” misurabile per i geochimici moderni. Gli scienziati utilizzano questi isotopi, intrappolati nei granuli di carbonato, per ricostruire le condizioni redox degli oceani molto tempo dopo che l’acqua è svanita.
Il team del professor Tissot ha combinato l’analisi di 30 campioni di calcare con un modello bayesiano avanzato, sviluppato dal ricercatore Michael Kipp della George Mason University. Questo modello ha permesso di convertire i dati isotopici dell’uranio nelle dimensioni delle zone anossiche del passato. I risultati hanno rivelato che la perdita di ossigeno ha raggiunto il suo apice subito dopo il primo impulso vulcanico, per poi riprendersi gradualmente con il rallentamento delle emissioni.
Poiché l’uranio si mescola uniformemente nell’acqua di mare, il suo spostamento isotopico fornisce una visione globale della deossigenazione, piuttosto che una semplice istantanea locale. Questo approccio ha aggirato i problemi spesso associati agli studi sullo scisto nero in bacini ristretti, che possono offrire solo prospettive limitate. L’affidabilità del metodo dei carbonati è stata ulteriormente rafforzata da studi indipendenti sugli isotopi di molibdeno e tallio, che hanno indicato la stessa entità della deossigenazione giurassica. La concordanza tra diversi traccianti sottolinea la rapidità con cui gli oceani possono soffocare quando il rilascio di carbonio supera le capacità di assorbimento naturali.
Deossigenazione oceanica moderna: un confronto con il passato geologico
Le misurazioni attuali rivelano che solo lo 0,2% circa del fondale marino è attualmente coperto da acqua permanentemente anossica, con queste condizioni che si manifestano prevalentemente in mari marginali come il Mar Nero. Tuttavia, la riserva globale di ossigeno disciolto negli oceani è già diminuita di circa il 2% dal 1960. L’ecologa marina Denise Breitburg ha confermato che le concentrazioni di ossigeno, sia in mare aperto che nelle acque costiere, sono in costante calo almeno dalla metà del XX secolo.
Uno studio del 2024 ha lanciato un allarme, avvertendo che questa deossigenazione è destinata ad accelerare nel corso di questo secolo a causa dell’intensificarsi del riscaldamento globale e della stratificazione delle masse d’acqua. Se le emissioni di gas serra continueranno ad aumentare, le zone di media profondità degli oceani potrebbero perdere il 20% del loro ossigeno entro il 2100, superando i limiti fisiologici di sopravvivenza per molte specie marine.
Le zone morte marine affliggono già più di 400 estuari in tutto il mondo, con gravi ripercussioni sulla pesca e sulle economie costiere, preannunciando cambiamenti più estesi anche in mare aperto. Gli eventi di anossia passati, come quello del Toarciano, dimostrano chiaramente che una volta che l’anossia diffusa si instaura, il recupero può richiedere decine di migliaia di anni, anche dopo che l’immissione di carbonio nell’atmosfera si è interrotta. A differenza delle eruzioni vulcaniche del Giurassico, le emissioni umane di carbonio sono continue e intrinsecamente legate ai nostri sistemi energetici e alimentari, rendendo una loro rapida interruzione estremamente complessa.
Per rallentare la perdita di ossigeno negli oceani prima che i feedback climatici amplifichino ulteriormente questa tendenza, è cruciale ridurre drasticamente l’uso dei combustibili fossili, proteggere gli ecosistemi che immagazzinano carbonio (come le foreste e le zone umide costiere) e limitare il deflusso di nutrienti che contribuiscono all’eutrofizzazione e alla successiva deossigenazione. La tecnologia moderna offre strumenti preziosi in questa sfida: satelliti, galleggianti autonomi e sensori del fondale marino stanno monitorando i livelli di ossigeno quasi in tempo reale.
La tecnologia moderna offre strumenti preziosi in questa sfida: satelliti, galleggianti autonomi e sensori del fondale marino stanno monitorando i livelli di ossigeno quasi in tempo reale. Questo fornisce ai decisori politici la possibilità di agire in modo proattivo, prima che vengano superate soglie critiche paragonabili a quelle dell’impulso di carbonio del Giurassico. I nuclei calcarei studiati da Tissot e il loro messaggio sono un monito potente: la memoria dell’oceano è lunga e la sua tolleranza ai cambiamenti indotti dall’uomo è limitata.
Lo studio è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences.
