Se una civiltà industriale fosse esistita sulla Terra molti milioni di anni prima della nostra era, quali tracce avrebbe lasciato e sarebbero rilevabili oggi?
L’impronta geologica dell’Antropocene sebbene chiara, non differirà molto per molti aspetti da altri eventi noti nella documentazione geologica.
La ricerca della vita in altre parti dell’universo è un’occupazione centrale dell’astrobiologia e gli scienziati hanno spesso guardato agli analoghi della Terra per i batteri estremofili, la vita in stati climatici variabili e la genesi della vita stessa. Un sottoinsieme di questa ricerca è la prospettiva di una vita intelligente e un ulteriore sottoinsieme è la ricerca di civiltà che hanno il potenziale per comunicare con noi.
Un presupposto comune è che qualsiasi civiltà del genere debba aver sviluppato un’industria di qualche tipo. In particolare, la capacità di sfruttare quei processi industriali per sviluppare tecnologie radio in grado di inviare o ricevere messaggi. Definiamo, infatti, le civiltà come industriali quando hanno la capacità di sfruttare fonti energetiche esterne su scala globale.
Una delle domande chiave nella valutazione della probabilità di trovare una tale civiltà è la comprensione di quanto spesso si sviluppa una civiltà industriale. Gli esseri umani sono l’unico esempio che conosciamo e la nostra civiltà industriale è durata (finora) circa 300 anni (dall’inizio, ad esempio, dei metodi di produzione di massa). Questa è una piccola frazione del tempo in cui siamo esistiti come specie e una minuscola frazione del tempo durante cui è esistita una vita complessa sulla superficie terrestre (~ 400 milioni di anni). Questo breve periodo di tempo solleva l’ovvia domanda se un’altra civiltà possa essere sorta prima della nostra.
Questa è nota come “ipotesi siluriana“.
Sebbene molte speculazioni oziose e chiacchiere notturne siano state dedicate a questa domanda, non siamo a conoscenza di precedenti seri trattamenti del problema della rilevabilità delle precedenti civiltà industriali terrestri nel passato geologico. Dato il grande aumento del lavoro che circonda gli esopianeti e le questioni relative al rilevamento della vita, vale la pena affrontare la questione in modo più formale e nel suo contesto astrobiologico.
Notiamo anche il recente lavoro di Wright (Riferimento Wright2017 ) che ha affrontato aspetti del problema e precedenti tentativi di valutare la probabilità di civiltà non terrestre del sistema solare come Haqq-Misra e Kopparapu (Riferimento Haqq-Misra e Kopparapu2012).
Notiamo innanzitutto l’importanza di questa domanda per la ben nota equazione di Drake.
L’equazione di Drake è il noto framework per la stima del numero di civiltà extraterrestri attive e comunicative presenti contemporaneamente a noi nella galassia della Via Lattea. Si presume che il numero di tali civiltà, N, sia uguale al prodotto del tasso medio di formazione stellare, R *, nella nostra Galassia; la frazione di stelle formate, f p , che hanno pianeti; il numero medio di pianeti per stella, n e , che possono potenzialmente supportare la vita; la frazione di quei pianeti, fl , che effettivamente sviluppano la vita; la frazione di pianeti portatori di vita su cui si è sviluppata la vita intelligente e civilizzata ; la frazione di queste civiltà che hanno sviluppato comunicazioni, f c , cioè le tecnologie che rilasciano nello spazio segni rilevabili e il periodo di tempo, L , durante il quale tali civiltà rilasciano segnali rilevabili.
Se nel corso dell’esistenza di un pianeta possono sorgere più civiltà industriali nell’arco di tempo in cui la vita esiste, il valore di f c può infatti essere >1.
Questa è una questione particolarmente convincente alla luce dei recenti sviluppi in astrobiologia in cui i primi tre termini, che implicano tutti osservazioni puramente astronomiche, sono stati ora completamente determinati. È ora evidente che la maggior parte delle stelle ospita famiglie di pianeti. In effetti, molti di quei pianeti saranno nelle zone abitabili della stella.
Questi risultati consentono di mettere tra parentesi i prossimi tre termini in un modo che utilizza i dati degli esopianeti per stabilire un vincolo al pessimismo dell’eso-civiltà. In Frank e Sullivan (Riferimento Frank e Sullivan2016 ) tale ‘linea di pessimismo’ è stata definita come la massima probabilità ‘biotecnologica’ (per pianeta zona abitabile) f bt per gli esseri umani di essere l’unica volta in cui una civiltà tecnologica si è evoluta nella storia cosmica. Frank & Sullivan (Riferimento Frank e Sullivan2016 ) ha trovato f bt nell’intervallo ~10 −24 –10 −22.
La determinazione della “linea del pessimismo” sottolinea l’importanza dei tre termini dell’equazione di Drake f l , f i e f c . La storia della Terra spesso funge da modello per le discussioni sui possibili valori per queste probabilità. Ad esempio, si è discusso molto su quante volte la vita sia iniziata sulla Terra durante il primo Archeano data la facilità dell’abiogenesi, inclusa la possibilità di una ‘biosfera ombra’ composta da discendenti di un evento di origine diversa da quello che ha portato al nostro Last Universal Common Ancestor (LUCA).
Inoltre, esiste un dibattito di lunga data sul numero di volte in cui l’intelligenza si è evoluta, ad esempio con i delfini e altre specie. Pertanto, solo il termine f c è stato comunemente accettato per avere un valore sulla Terra rigorosamente di 1.
Rilevanza per altri pianeti del sistema solare
La considerazione delle civiltà precedenti su altri mondi del sistema solare è stata presa da Wright (Riferimento Wright2017 ) e Haqq-Misra & Kopparapu (Riferimento Haqq-Misra e Kopparapu2012 ). Notiamo qui che esistono abbondanti prove di acque superficiali negli antichi climi marziani, e la speculazione che Venere primitiva (da 2 Ga a 0,7 Ga) fosse abitabile (a causa di un sole più fioco e di una concentrazione di CO2 più bassa) è stata supportata da recenti studi di modellizzazione.
È plausibile che in futuro si potrebbero effettuare operazioni di perforazione profonda su entrambi i pianeti per valutarne la storia geologica. Ciò limiterebbe la considerazione di quale potrebbe essere l’impronta digitale della vita e persino della civiltà organizzata. Le valutazioni degli eventi terrestri precedenti e la considerazione dei marcatori dell’Antropocene probabilmente forniranno un contesto chiave per quelle esplorazioni.
Limiti della documentazione geologica
Che valga la pena porre la domanda del titolo di questo articolo è una funzione dell’incompletezza della documentazione geologica. Per il Quaternario (gli ultimi 2,5 milioni di anni), esistono prove fisiche diffuse, ad esempio, di cambiamenti climatici, orizzonti del suolo e prove archeologiche di culture non Homo Sapiens (Denisoviani, Neanderthal, ecc.) con prove occasionali di ominidi bipedi risalenti ad almeno 3,7 Ma (es. le impronte di Laetoli) (Leakey & Hay,Riferimento Leakey e Hay1979).
La più antica superficie su larga scala esistente si trova nel deserto del Negev ed è di circa 1,8 milioni di anni fa. Tuttavia, le prove del terreno pre-quaternario sono molto più scarse, essendo presenti principalmente nelle sezioni esposte, nelle operazioni di perforazione e estrazione mineraria. Nei sedimenti oceanici, a causa del riciclaggio della crosta oceanica, esistono prove di sedimenti solo per periodi successivi al Giurassico.
La frazione di vita che si fossilizza è sempre estremamente piccola e varia ampiamente in funzione del tempo, dell’habitat e del grado di tessuto molle rispetto a gusci duri o ossa. I tassi di fossilizzazione sono molto bassi negli ambienti tropicali e boscosi, ma sono più elevati negli ambienti aridi e nei sistemi fluviali. Ad esempio, per tutti i dinosauri che siano mai vissuti, ci sono solo poche migliaia di esemplari quasi completi, o equivalentemente solo una manciata di singoli animali in migliaia di taxa ogni 100.000 anni. Dato il tasso di nuove scoperte di taxa di questa età, è chiaro che specie di breve durata come l’Homo sapiens (finora) potrebbero non essere affatto rappresentate nella documentazione fossile esistente.
La probabilità che gli oggetti sopravvivano e vengano scoperti è altrettanto improbabile. Zalasiewicz ipotizza la conservazione degli oggetti o delle loro forme, ma l’attuale area di urbanizzazione è <1% della superficie terrestre, e le sezioni esposte e i siti di perforazione per le superfici pre-quaternarie sono ordini di grandezza inferiori come frazioni della superficie originale.
Si noti che anche per la prima tecnologia umana, oggetti complessi si trovano molto raramente. Ad esempio, il meccanismo di Antikythera (ca. 205 aC) è un oggetto unico fino al Rinascimento. Nonostante gli impressionanti recenti progressi nella capacità di rilevare gli impatti più ampi della civiltà sui paesaggi e sugli ecosistemi, probabilmente, eventuali potenziali civiltà più vecchie di circa 4 mA, le possibilità di trovare prove dirette della loro esistenza tramite oggetti o esempi fossilizzati della loro popolazione sono ridotte.
Notiamo, tuttavia, che si potrebbe porre la domanda indiretta relativa agli antecedenti nella documentazione fossile indicando specie che potrebbero portare a valle dell’evoluzione delle successive specie che costruiscono la civiltà. Tali argomenti, a favore o contro, l’ipotesi siluriana si baserebbero su prove riguardanti un comportamento altamente sociale o un’elevata intelligenza basata sulle dimensioni del cervello. L’affermazione sarebbe quindi che ci sono altre specie nella documentazione sui fossili che potrebbero, o non potrebbero, essersi evolute in costruttori di civiltà. In questo articolo, tuttavia, ci concentriamo sui traccianti fisico-chimici per eventuali civiltà industriali precedenti. In questo modo si ha l’opportunità di ampliare la ricerca a traccianti più diffusi, anche se possono essere oggetto di interpretazioni più disparate.
L’impronta geologica dell’Antropocene
Mentre una dichiarazione ufficiale dell’Antropocene come un’era geologica unica è ancora in sospeso, è già chiaro che il nostro operato di esseri umani avrà un impatto sulla documentazione geologica stabilita oggi.
C’è un paradosso interessante nel considerare l’impronta antropogenica su una scala temporale geologica. Più a lungo durerà la civiltà umana, maggiore sarà il segnale che ci si aspetterebbe nel record. Tuttavia, più a lungo dura una civiltà, più sostenibili sarebbero dovute diventare le sue pratiche per sopravvivere. Più una società è sostenibile (ad es. nella produzione di energia, nella produzione o nell’agricoltura), minore è l’impronta sul resto del pianeta. Ma minore è l’impronta, minore sarà il segnale incorporato nella documentazione geologica. Pertanto, l’impronta della civiltà potrebbe essere autolimitante su una scala di tempo relativamente breve. Per evitare di speculare sul destino ultimo dell’umanità, prenderemo in considerazione gli impatti che sono già chiari, o che sono prevedibili secondo traiettorie plausibili per il prossimo secolo.
Notiamo che i tassi di sedimentazione effettivi nei sedimenti oceanici per carote con sedimenti multimilionari sono al massimo dell’ordine di pochi cm/1000 anni, e mentre il grado di bioturbazione può macchiare un segnale di breve periodo, l’Antropocene probabilmente apparirà solo come una sezione di pochi cm di spessore e apparirà quasi istantaneamente nel record.
Anomalie isotopiche stabili di carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto
Dalla metà del 18° secolo, gli esseri umani hanno rilasciato oltre 0,5 trilioni di tonnellate di carbonio fossile attraverso la combustione di carbone, petrolio e gas naturale, a un tasso di ordini di grandezza superiore alle sorgenti o ai pozzi naturali a lungo termine. Inoltre, c’è stata una diffusa deforestazione e aggiunta di anidride carbonica nell’aria attraverso la combustione della biomassa.
In funzione dell’aumento di carbonio fossile nel sistema, accresciuto dalle variazioni di black carbon, altri gas serra traccia diversi dalla CO 2 (ad es. N 2 O, CH 4 e cloro-fluoro-carburi (CFC)), l’industrializzazione globale è stata accompagnato da un riscaldamento di circa 1°C sin dalla metà del XIX secolo (Binoff et al.,Riferimento Bindoff, Stocker, Qin, Plattner, Tignor, Allen, Boschung, Nauels, Xia, Bex e Midgley2013 ; Squadra GISTEMP, 2016 ). A causa del frazionamento legato alla temperatura nella formazione di carbonati (Kim & O’Neil,Riferimento Kim e O’Neil1997 ) (O per °C) e forte correlazione negli extratropici tra temperatura e δ 18 O (tra 0,4 e 0,7‰ per °C) (e ~8× come sensibile per gli isotopi del deuterio rispetto all’idrogeno ( δ D)) , ci aspettiamo che questo aumento di temperatura sia rilevabile nei carbonati oceanici di superficie (in particolare i foraminiferi), nei biomarcatori organici, nelle grotte (stalattiti), negli ostracodi lacustri e nelle carote di ghiaccio ad alta latitudine, sebbene solo i primi due di questi saranno recuperabili nelle scale temporali considerate qui.
La combustione di combustibili fossili, l’invenzione del processo Haber-Bosch, l’applicazione su larga scala di fertilizzanti azotati e la maggiore fissazione dell’azoto associata alle piante coltivate, hanno causato un profondo impatto sul ciclo dell’azoto (Canfield et al.,Riferimento Canfield, Glazer e Falkowski2010 ), in modo tale che δ 15 N anomalie sono già rilevabili in sedimenti lontani dalla civiltà (Holtgrieve et al.,Riferimento Holtgrieve2011 ).
Record sedimentologici
Esistono molteplici cause di un notevole aumento del flusso di sedimenti nei fiumi e quindi nella deposizione negli ambienti costieri. L’avvento dell’agricoltura e la deforestazione associata hanno portato a un forte aumento dell’erosione del suolo (Goudie,Riferimento Goudie2000 ; Consiglio Nazionale delle Ricerche, 2010 ). Inoltre, la canalizzazione dei fiumi (come il Mississippi) ha portato a una deposizione oceanica di sedimenti molto maggiore di quanto sarebbe avvenuto altrimenti. Questa tendenza è in qualche modo mitigata dall’aumento simultaneo delle dighe fluviali che riducono il flusso di sedimenti a valle. Inoltre, l’aumento delle temperature e del contenuto di vapore acqueo atmosferico ha portato a una maggiore intensità delle precipitazioni (Kunkel et al.,Riferimento Kunkel2013 ) che, di per sé, porterebbe anche a una maggiore erosione, almeno a livello regionale. L’erosione costiera è in aumento anche in funzione dell’innalzamento del livello del mare, e nelle regioni polari è rafforzata dalla riduzione del ghiaccio marino e dallo scioglimento del permafrost (Overeem et al.,Riferimento Overeem2011 ).
Oltre ai cambiamenti nel flusso di sedimenti dalla terra all’oceano, cambierà anche la composizione del sedimento. A causa della maggiore dissoluzione della CO 2 nell’oceano in funzione delle emissioni di CO 2 antropogeniche , la parte superiore dell’oceano si sta acidificando (un aumento del 26% di H + o una diminuzione del pH di 0,1 dal 19° secolo) (Orr et al.,Riferimento Orr2005 ). Ciò comporterà un aumento della dissoluzione di CaCO 3 all’interno del sedimento che durerà fino a quando l’oceano non potrà neutralizzare l’aumento. Ci saranno anche importanti cambiamenti nella mineralogia (Zalasiewicz et al.,Riferimento Zalasiewicz, Kryza e Williams2013 ; Hazen et al.,Riferimento Hazen2017 ). È probabile che anche l’aumento degli agenti atmosferici continentali modifichi i rapporti di stronzio e osmio (ad es . rapporti 87 Sr/ 86 Sr e 187 Os/ 188 Os) (Jenkyns,Riferimento Jenkyns2010 ).
Come discusso in precedenza, il carico di azoto nei fiumi sta aumentando in funzione delle pratiche agricole. Questo a sua volta sta portando a una maggiore attività microbica nell’oceano costiero che può esaurire l’ossigeno disciolto nella colonna d’acqua (Diaz & Rosenberg,Riferimento Diaz e Rosenberg2008 ), e recenti sintesi suggeriscono un calo globale già di circa il 2% (Ito et al.,Riferimento Ito2017 ; Schmidtko et al.,Riferimento Schmidtko, Stramma e Visbeck2017 ). Questo a sua volta sta portando ad un’espansione delle zone minime di ossigeno, ad una maggiore anossia oceanica e alla creazione delle cosiddette “zone morte” (Breitburg et al.,Riferimento Breitburg2018 ). I sedimenti all’interno di queste aree avranno quindi un maggiore contenuto organico e una minore bioturbazione (Tyrrell,Riferimento Tyrrell2011 ). L’estensione finale di queste zone morte è sconosciuta.
Inoltre, i flussi antropogenici di piombo, cromo, antimonio, renio, metalli del gruppo del platino, terre rare e oro sono ora molto più grandi delle loro fonti naturali (Sen & Peucker-Ehrenbrink,Riferimento Sen e Peucker-Ehrenbrink2012 ; Galuszka et al.,Riferimento Galuszka, Migaszewski e Zalasiewicz2013 ), il che implica che ci sarà un picco nei flussi di questi metalli nel deflusso dei fiumi e quindi concentrazioni più elevate nei sedimenti costieri.
Radiazioni ed estinzioni faunistiche
Gli ultimi secoli hanno visto cambiamenti significativi nell’abbondanza e nella diffusione di piccoli animali, in particolare ratti, topi e gatti, ecc. che sono associati all’esplorazione umana e agli scambi biotici. Popolazioni isolate quasi ovunque sono state ora sostituite sotto molti aspetti da queste specie invasive. La documentazione sui fossili indicherà probabilmente una grande radiazione faunistica di queste specie indicatrici a questo punto. Allo stesso tempo, molte altre specie si sono già estinte o rischiano di estinguersi e la loro scomparsa dai reperti fossili sarà evidente. Data la prospettiva di molti milioni di anni a venire, anche le estinzioni di grandi mammiferi avvenute alla fine dell’ultima era glaciale saranno associate all’inizio dell’Antropocene.
Sintetici non naturali
Ci sono molte sostanze chimiche che sono state (o sono state) prodotte industrialmente che per vari motivi possono diffondersi e persistere nell’ambiente per lungo tempo (Bernhardt et al.,Riferimento Bernhardt, Rosi e Gessner2017 ). In particolare, è noto che gli inquinanti organici persistenti (molecole organiche resistenti alla degradazione da processi chimici, fotochimici o biologici) si sono diffusi in tutto il mondo (anche in ambienti altrimenti incontaminati) (Beyer et al.,Riferimento Beyer2000 ). La loro persistenza è spesso legata all’essere organici alogenati poiché la forza di legame di C–Cl (ad esempio) è molto più forte di C–C. Ad esempio, è noto che i bifenili policlorurati hanno una vita di molte centinaia di anni nei sedimenti fluviali (Bopp,Riferimento Bopp1979 ). Per quanto tempo un segnale rilevabile persisterebbe nei sedimenti oceanici, tuttavia, non è chiaro.
Anche altri composti clorurati possono avere il potenziale per la conservazione a lungo termine, in particolare CFC e composti correlati. Mentre ci sono fonti naturali per il composto più stabile (CF 4 ), ci sono solo fonti antropogeniche per C 2 F 6 e SF 6 , i successivi composti più stabili. Nell’atmosfera, il loro affondamento attraverso la distruzione fotolitica nella stratosfera limita la loro vita a poche migliaia di anni (Ravishankara et al.,Riferimento Ravishankara1993 ). I composti si dissolvono nell’oceano e possono essere usati come traccianti della circolazione oceanica, ma non siamo a conoscenza di studi che indicano per quanto tempo queste sostanze chimiche potrebbero sopravvivere e/o essere rilevabili nei sedimenti oceanici, date alcune prove limitate per la degradazione microbica in ambienti anaerobici ( Denovan & Strand,Riferimento Denovan e Strand1992 ).
Anche altre classi di biomarcatori sintetici possono persistere nei sedimenti. Ad esempio, steroidi, cere fogliari, alchenoni e lipidi possono essere conservati nei sedimenti per molti milioni di anni (es. Pagani et al.,Riferimento Pagani2006 ). Ciò che potrebbe distinguere i biomarcatori naturali dai sintetici potrebbe essere la chiralità delle molecole. La maggior parte delle vie di sintesi totale non discrimina tra D- e L-chiralità, mentre i processi biologici sono quasi esclusivamente monochirali (Meierhenrich,Riferimento Meierhenrich2008 ) (ad esempio, gli amminoacidi presenti in natura sono tutti forme L e quasi tutti gli zuccheri sono forme D). Anche gli steroidi sintetici che non hanno controparti naturali sono ormai onnipresenti nei corpi idrici.
Plastica
Dal 1950, c’è stato un enorme aumento di plastica consegnata nell’oceano (Moore,Riferimento Moore2008 ; Eriksen et al.,Riferimento Eriksen2014 ). Sebbene molte forme comuni di plastica (come polietilene e polipropilene) galleggiano nell’acqua di mare, e anche quelle che sono nominalmente più pesanti dell’acqua possono essere incorporate nei relitti che rimangono in superficie, è già chiaro che i processi di erosione meccanica porteranno a la produzione di grandi quantità di micro e nanoparticelle di plastica (Cozar et al.,Riferimento Cozar2014 ; Andradi,Riferimento Andrady2015 ). I sondaggi hanno mostrato quantità crescenti di “rifiuti marini” di plastica sul fondo del mare dalle aree costiere ai bacini profondi e all’Artico (Pham et al.,Riferimento Pham2014 ; Tekman et al.,Riferimento Tekman, Krumpen e Bergmann2017 ). Sulle spiagge sono stati trovati nuovi aggregati “plastiglomerati” dove detriti contenenti plastica entrano in contatto con temperature elevate (Corcoran et al.,Riferimento Corcoran, Moore e Jazvac2014 ).
Il degrado della plastica è principalmente dovuto alla radiazione solare ultravioletta e negli oceani si verifica principalmente nella zona fotica (Andrady,Riferimento Andrady2015 ) ed è particolarmente dipendente dalla temperatura (Andrady et al.,Riferimento Andrady1998 ) (altri meccanismi come la termoossidazione o l’idrolisi non si verificano facilmente nell’oceano). La densificazione di piccole particelle di plastica da parte degli organismi incrostanti, l’ingestione e l’incorporazione nelle “piogge” organiche che scendono sul fondo del mare è un meccanismo di rilascio efficace sul fondo del mare, che porta a un crescente accumulo nei sedimenti oceanici dove i tassi di degradazione sono molto più lenti (Andrady,Riferimento Andrady2015 ). Una volta nel sedimento, l’attività microbica è una possibile via di degradazione (Shah et al.,Riferimento Shah2008 ) ma i tassi sono sensibili alla disponibilità di ossigeno e alle comunità microbiche adeguate.
Come sopra, il destino finale a lungo termine di queste plastiche nei sedimenti non è chiaro, ma il potenziale di persistenza e rilevabilità a lunghissimo termine è elevato.
Elementi transuranici
Molti isotopi radioattivi correlati alla fissione antropogenica o alle armi nucleari hanno un’emivita lunga, ma non abbastanza lunga da essere rilevante qui. Tuttavia, ci sono due isotopi potenzialmente abbastanza longevi. In particolare, il plutonio-244 (emivita 80,8 milioni di anni) e il curio-247 (emivita 15 milioni di anni) sarebbero rilevabili per una grande frazione del periodo di tempo rilevante se fossero depositati in quantità sufficienti, diciamo, come risultato di uno scambio di armi nucleari. Non sono note fonti naturali di 244 Pu al di fuori delle supernove.
Sono stati fatti tentativi per rilevare 244 Pu primordiali sulla Terra con alterne fortune (Hoffman et al.,Riferimento Hoffman1971 ; Lachner et al.,Riferimento Lachner2012 ), indicando che il tasso di accrescimento del meteorite attinide è sufficientemente piccolo (Wallner et al.,Riferimento Wallner2015 ) affinché questo sia un valido marker in caso di scambio nucleare sufficientemente ampio. Allo stesso modo, 247 Cm sono presenti nelle scorie di combustibile nucleare e come conseguenza di un’esplosione nucleare.
Rapporti isotopici anomali negli elementi con isotopi radioattivi a vita lunga sono anche possibili firme, ad esempio rapporti U 235 inferiori al solito e la presenza di prodotti derivati attesi, nei minerali di uranio nel bacino di Franceville nel Gabon è stata fatta risalire a naturali fissione nucleare in rocce ossigenate e idratate ~ 2 Ga (Gauthier-Lafaye et al.,Riferimento Gauthier-Lafaye, Holliger e Blanc1996 ).
Riepilogo
Lo strato di Antropocene nel sedimento oceanico sarà brusco e multivariato, costituito da picchi apparentemente simultanei in più proxy geochimici, biomarcatori, composizione elementare e mineralogia. Probabilmente desegnerà una chiara transizione dei taxa faunistici prima dell’evento rispetto a dopo. La maggior parte dei singoli marcatori non sarà univoca nel contesto della storia della Terra, come dimostreremo di seguito, ma la combinazione di traccianti potrebbe esserlo. Tuttavia, ipotizziamo che alcuni traccianti specifici sarebbero molecole sintetiche uniche, specificamente persistenti, plastica e (potenzialmente) ricadute radioattive di lunga durata in caso di catastrofe nucleare. Assenti quei marcatori,
Bruschi eventi paleozoici, mesozoici e cenozoici
Il riepilogo per l’impronta digitale dell’Antropocene di cui sopra suggerisce che potrebbero essere trovate somiglianze in eventi (geologicamente) improvvisi con una firma multivariata. In questa sezione, esaminiamo una selezione parziale di eventi noti nel paleo-record che hanno alcune somiglianze con l’eventuale firma antropogenica ipotizzata. La classe più chiara di eventi con tali somiglianze sono gli ipertermali, in particolare il Paleocene-Eocene Thermal Maximum (56 Ma) (McInerney & Wing,Riferimento McInerney e Wing2011 ), ma questo include anche eventi ipertermali minori, eventi anossici oceanici nel Cretaceo e nel Giurassico e eventi significativi (se meno ben caratterizzati) del Paleozoico. Non consideriamo eventi (come l’evento di estinzione K–T o il confine Eocene–Oligocene) in cui ci sono cause molto chiare e distinte (impatto di asteroidi combinato con vulcanismo massiccio (Vellekoop et al.,Riferimento Vellekoop2014 ), e l’inizio della glaciazione antartica (Zachos et al.,Riferimento Zachos2001 ) (probabilmente legato all’apertura di Drake Passage Cristini et al.,Riferimento Cristini2012 , rispettivamente). Potrebbero esserci più eventi simili nella documentazione, ma che non sono inclusi qui semplicemente perché potrebbero non essere stati esaminati in dettaglio, in particolare nel pre-Cenozoico.
Il massimo termico Paleocene-Eocene (PETM)
L’esistenza di un picco brusco negli isotopi di carbonio e ossigeno vicino alla transizione Paleocene/Eocene (56 Ma) è stata notata per la prima volta da Kennett & Stott (Riferimento Kennett e Stott1991 ) e dimostrato di essere globale da Koch et al. (Riferimento Koch, Zachos e Gingerich1992 ). Da allora, analisi più dettagliate e ad alta risoluzione sulla terraferma e nell’oceano hanno rivelato un’affascinante sequenza di eventi della durata di 100-200 kyr e che coinvolgono un input rapido (in forse <5 kyr Kirtland Turner et al.,Riferimento Kirtland Turner2017 ) di carbonio esogeno nel sistema (vedi recensione di McInerney & Wing,Riferimento McInerney e Wing2011 ), probabilmente correlato all’intrusione della provincia ignea nordamericana nei sedimenti organici (Storey et al.,Piano di riferimento, Duncan e Swisher2007 ). Le temperature sono aumentate di 5–7°C (derivate da più proxy Tripati & Elderfield,Riferimento Tripati e Elderfield2004 ), e si è verificato un picco negativo negli isotopi del carbonio (>3‰) e una diminuzione della conservazione del carbonato oceanico nell’oceano superiore. C’è stato un aumento della caolinite (argilla) in molti sedimenti (Schmitz et al.,Riferimento Schmitz, Pujalte e Nú nez-Betelu2001 ), indicando una maggiore erosione, sebbene le prove di un aumento globale siano contrastanti. Durante il PETM il 30-50% dei taxa foraminiferi bentonici si estinse e segnò il tempo di un importante mammifero (Aubry et al.,Riferimento Aubry, Lucas e Berggren1998 ) e lucertola (Smith,Riferimento Smith2009 ) espansione in tutto il Nord America. Inoltre, molte abbondanze di metalli (tra cui V, Zn, Mo, Cr) sono aumentate durante l’evento (Soliman et al.,Riferimento Solimano2011 ).
Eventi eocenici
Nei 6 milioni di anni successivi al PETM, ci sono un certo numero di eventi ipertermici minori, sebbene qualitativamente simili, osservati nel record (Slotnick et al.,Riferimento Slotnick2012 ). In particolare, l’evento Eocene Thermal Maximum 2 (ETM-2) e almeno altri quattro picchi sono caratterizzati da significative escursioni negative degli isotopi di carbonio, riscaldamento e velocità di sedimentazione relativamente elevate guidate da aumenti dell’input terrigeno (D’Onofrio et al.,Riferimento D’Onofrio2016 ). Le condizioni artiche durante l’ETM-2 mostrano evidenza di riscaldamento, salinità inferiore e maggiore anossia (Sluijs et al.,Riferimento Sluijs2009 ). Collettivamente questi eventi sono stati denominati Eocene Layers of Mysterious Origin (ELMO)Nota2 .
Intorno ai 40 Ma, si verifica un altro evento di riscaldamento improvviso (l’ottimo climatico dell’Eocene medio (MECO)), sempre accompagnato da un’anomalia dell’isotopo del carbonio (Galazzo et al.,Riferimento Galazzo2014 ).
Eventi anossici oceanici del Cretaceo e del Giurassico
Identificato per la prima volta da Schlanger & Jenkyns (Riferimento Schlanger e Jenkyns1976 ), gli eventi anossici oceanici (OAE), identificati da periodi di notevole aumento della deposizione di carbonio organico e depositi di scisti neri laminati, sono momenti in cui porzioni significative dell’oceano (a livello regionale o globale) si sono esaurite in ossigeno disciolto, riducendo notevolmente l’attività batterica aerobica . Ci sono prove parziali (sebbene non onnipresenti) durante le OAE più grandi per l’euxinia (quando la colonna oceanica si riempie di idrogeno solforato (H 2 S)) (Meyer & Kump,Riferimento Meyer e Kump2008 ).
C’erano tre OAE principali nel Cretaceo, l’evento Weissert (132 Ma) (Erba et al.,Riferimento Erba, Bartolini e Larson2004 ), OAE-1a di circa 120 mA della durata di circa 1 Myr e un altro OAE-2 di circa 93 mA della durata di circa 0,8 Myr (Kerr,Riferimento Kerr1998 ; Li et al.,Riferimento Li2008 ; Malinverno et al.,Riferimento Malinverno, Erba e Herbert2010 ; Li et al.,Riferimento Li2017 ). Almeno altri quattro episodi minori di produzione organica di scisto nero si notano nel Cretaceo (l’evento Faraoni, OAE-1b, 1d e OAE-3) ma sembrano essere limitati alla regione proto-atlantica (Takashima et al.,Riferimento Takashima2006 ; Jenkyn,Riferimento Jenkyns2010 ). Almeno un evento simile si è verificato nel Giurassico (183 Ma) (Pearce et al.,Riferimento Pearce2008 ).
La sequenza di eventi durante questi eventi ha due impronte digitali distinte possibilmente associate ai due differenti meccanismi teorici per gli eventi. Ad esempio, durante l’OAE-1b, ci sono prove di una forte stratificazione e un oceano profondo stagnante, mentre per l’OAE-2, l’evidenza suggerisce una diminuzione della stratificazione, un aumento della produttività degli oceani superiori e un’espansione delle zone di minimo di ossigeno (Takashima et al. .,Riferimento Takashima2006 ).
All’inizio degli eventi ( Fig. 1(c) ), c’è spesso una significativa escursione negativa in δ 13 C (come nel PETM), seguita da un recupero positivo durante gli eventi stessi come seppellimento di (leggero) organico carbonio aumentato e compensato per il rilascio iniziale (Jenkyns,Riferimento Jenkyns2010 ; Kuhnt et al.,Riferimento Kuhnt, Holbourn e Moullade2011 ; Mutterlose et al.,Riferimento Mutterlose2014 ; Naafs et al.,Riferimento Naafs2016 ). Le cause sono state collegate alla formazione crostale/attività tettonica e all’aumento del rilascio di CO 2 (o forse CH 4 ), causando calore globale (Jenkyns,Riferimento Jenkyns2010 ). L’aumento dei valori dell’acqua di mare di 87 Sr/ 86 Sr e 187 Os/ 188 Os suggeriscono un maggiore deflusso, un maggiore apporto di nutrienti e di conseguenza una maggiore produttività degli oceani superiori (Jones,Riferimento Jones2001 ). Possibili interruzioni in alcune sezioni dell’OAE 1a suggeriscono un evento di dissoluzione dell’oceano superiore (Bottini et al.,Riferimento Bottini2015 ).
Altri importanti cambiamenti nei traccianti geochimici durante le OAE includono rapporti isotopici di azoto molto più bassi ( δ 15 N), aumenti delle concentrazioni di metalli (inclusi As, Bi, Cd, Co, Cr, Ni, V) (Jenkyns,Riferimento Jenkyns2010 ). Spostamenti positivi negli isotopi dello zolfo si osservano nella maggior parte delle OAE, con una curiosa eccezione in OAE-1a dove lo spostamento è negativo (Turchyn et al.,Riferimento Turchyn2009 ).
Eventi del primo mesozoico e del tardo paleozoico
A partire dal periodo devoniano, si sono registrati diversi grandi eventi improvvisi registrati nelle sezioni terrestri. Le sequenze dei cambiamenti e la completezza delle analisi geochimiche sono meno note rispetto agli eventi successivi, in parte a causa della mancanza di sedimenti oceanici esistenti, ma questi sono stati identificati in più località e si presume siano di estensione globale.
L’estinzione del tardo devoniano intorno a 380-360 mA, fu una delle cinque grandi estinzioni di massa. È associato a scisti neri e anossia oceanica (Algeo & Scheckler,Riferimento Algeo e Scheckler1998 ), che si estende dagli eventi di Kellwasser (~378 mA) all’evento Hangenberg al confine tra Devoniano e Carbonifero (359 mA) (Brezinski et al.,Riferimento Brezinski2009 ; Vleeschouwer et al.,Riferimento Vleeschouwer2013 ).
Nel tardo Carbonifero, intorno al 305 Ma le foreste pluviali tropicali del Pangae crollarono (Sahney et al.,Riferimento Sahney, Benton e Falcon-Lang2010 ). Ciò è stato associato a uno spostamento verso un clima più secco e più fresco e forse a una riduzione dell’ossigeno atmosferico, che ha portato all’estinzione di alcune mega-fauna.
Infine, l’evento di estinzione della fine del Permiano (252 Ma) è durato circa 60.000 anni è stato accompagnato da una diminuzione iniziale degli isotopi del carbonio (-5–7‰), un riscaldamento globale significativo e un’estesa deforestazione e incendi (Krull & Retallack,Riferimento Krull e Retallack2000 ; Shen et al.,Riferimento Shen2011 ; Burgess et al.,Riferimento Burgess, Bowring e zhong Shen2014 ) associata a diffusa anossia ed euxinia oceanica (Wignall & Twitchett,Riferimento Wignall e Twitchett1996 ). Sono stati segnalati anche picchi pre-evento nel nichel (Ni) (Rothman et al.,Riferimento Rothman2014 ).
Discussione e ipotesi verificabili
Ci sono indubbie somiglianze tra precedenti eventi improvvisi nella documentazione geologica e la probabile firma dell’Antropocene nella documentazione geologica a venire. Le escursioni negative e brusche di δ 13 C, i riscaldamenti e le interruzioni del ciclo dell’azoto sono onnipresenti. Sono comuni anche cambiamenti più complessi nel biota, nella sedimentazione e nella mineralogia. In particolare, rispetto all’ipotetica firma dell’Antropocene, quasi tutti i cambiamenti riscontrati finora per il PETM sono dello stesso segno e di entità comparabile. Ci si aspetterebbero alcune somiglianze se l’effetto principale durante qualsiasi evento fosse un riscaldamento globale significativo, comunque causato. Inoltre, ci sono prove in molti di questi eventi che il riscaldamento è stato determinato da un massiccio apporto di carbonio esogeno (biogenico), sia come CO 2 che come CH4 . Almeno dal Carbonifero (300–350 mA), c’è stato carbonio fossile sufficiente per alimentare una civiltà industriale paragonabile alla nostra e ognuna di queste fonti potrebbe fornire l’input di carbonio leggero. Tuttavia, in molti casi questo input è contemporaneo a significativi episodi di attività tettonica e/o vulcanica, ad esempio la coincidenza di eventi di formazione crostale con i cambiamenti climatici suggerisce che l’intrusione di magmi basaltici in scisti ricchi di sostanze organiche e/o petrolio portatori di evaporiti (Storey et al.,Piano di riferimento, Duncan e Swisher2007 ; Svensen et al.,Riferimento Svensen2009 ; Kravchinsky,Riferimento Kravchinsky2012 ) potrebbero aver rilasciato nell’atmosfera grandi quantità di CO 2 o CH 4 . Gli impatti sul riscaldamento e/o sull’afflusso di carbonio (come aumento del deflusso, erosione, ecc.) sembrano essere qualitativamente simili ogni volta che si verificano nel periodo geologico. Questi cambiamenti non sono quindi prove sufficienti per le precedenti civiltà industriali.
I cambiamenti attuali sembrano essere significativamente più rapidi degli eventi paleoclimatici ( Fig. 1 ), ma ciò può essere in parte dovuto a limitazioni della cronologia nella documentazione geologica. I tentativi di cronometrare la durata degli eventi precedenti hanno utilizzato stime di sedimentazione costante o indicatori di flusso costante (ad es. 3 He McGee & Mukhopadhyay,Riferimento McGee e Mukhopadhyay2012 ), o cronologie orbitali, o presunte bande annuali o stagionali nel sedimento (Wright & Schaller,Riferimento Wright e Schaller2013 ). L’accuratezza di questi metodi risente quando ci sono grandi cambiamenti nella sedimentazione o interruzioni in questi eventi (cosa comune) o si basano sull’identificazione imperfetta di regolarità con caratteristiche astronomiche specifiche (Pearson & Nicholas,Riferimento Pearson e Nicholas2014 ; Pearson e Thomas,Riferimento Pearson e Thomas2015 ). Inoltre, la bioturbazione spesso attenua un evento improvviso anche in un ambiente sedimentario perfettamente conservato. Pertanto, la capacità di rilevare l’inizio di un evento di pochi secoli (o meno) nella registrazione è discutibile, e quindi anche l’isolamento diretto di una causa industriale basato solo su tempi apparenti non è conclusivo.
I marcatori specifici dell’attività industriale umana discussi sopra (plastica, inquinanti sintetici, aumento delle concentrazioni di metalli, ecc.) sono tuttavia una conseguenza del percorso specifico intrapreso dalla società e dalla tecnologia umana e la generalità di tale percorso per altre specie industriali è totalmente sconosciuta . Lo sfruttamento energetico su larga scala è potenzialmente un indicatore più universale e, data la grande densità di energia nei combustibili fossili a base di carbonio, si potrebbe ipotizzare che una luce δ 13Il segnale C potrebbe essere un segnale comune. In teoria, le fonti di energia solare, idroelettrica o geotermica avrebbero potuto essere sfruttate preferenzialmente e ciò ridurrebbe notevolmente l’impronta geologica (come farebbe la nostra). Tuttavia, qualsiasi grande rilascio di carbonio biogenico, sia da pozze di idrati di metano che da intrusioni vulcaniche in sedimenti ricchi di sostanze organiche, avrà un segnale simile. Abbiamo quindi una situazione in cui i marcatori univoci conosciuti potrebbero non essere indicativi, mentre i marcatori (forse) più attesi non sono sufficienti.
Siamo consapevoli che aumentare la possibilità di una precedente civiltà industriale come motore degli eventi nella documentazione geologica potrebbe portare a speculazioni piuttosto libere. Si potrebbe adattare qualsiasi osservazione a una civiltà immaginata in modi che sarebbero sostanzialmente non falsificabili. Pertanto, bisogna fare attenzione a non postulare una tale causa fino a quando non saranno disponibili prove effettivamente positive. L’ipotesi siluriana non può essere considerata probabile semplicemente perché non si presenta nessun’altra idea valida.
Tuttavia, troviamo le analisi di cui sopra abbastanza intriganti da motivare alcune ricerche aggiuntive. In primo luogo, nonostante il copioso lavoro esistente sulla probabile firma dell’Antropocene, raccomandiamo ulteriori sintesi e studi sulla persistenza di sottoprodotti esclusivamente industriali negli ambienti dei sedimenti oceanici. Ci sono altre classi di composti che lasceranno tracce uniche nella geochimica dei sedimenti su scale temporali multimilionarie? In particolare, saranno rilevabili i sottoprodotti della plastica comune o dei sintetici organici a catena lunga?
In secondo luogo, e questo è davvero più speculativo, proponiamo che venga eseguita un’esplorazione più approfondita delle anomalie elementari e compositive nei sedimenti esistenti che coprono eventi precedenti (sebbene ci aspettiamo che siano state ottenute molte più informazioni su queste sezioni di quelle qui citate). Le stranezze in queste sezioni sono state ricercate in precedenza come potenziali segnali di eventi di impatto (con successo per l’evento al contorno K–T, non così per nessuno degli eventi sopra menzionati), che vanno da strati di iridio, quarzo shockato, micro-tettiti, magnetiti, ecc. Ma può darsi che una nuova ricerca e nuove analisi con in mente l’ipotesi siluriana possano rivelare di più. Un comportamento anomalo in passato potrebbe essere più chiaramente rilevabile in proxy normalizzati da flussi atmosferici o altri proxy di flusso costante al fine di evidenziare i momenti in cui la produttività o la produzione di metallo potrebbero essere state migliorate artificialmente. In terzo luogo, se venissero riscontrate anomalie inspiegabili, la questione se ci siano specie candidate nella documentazione fossile potrebbe diventare più rilevante, così come le domande sul loro destino finale.
Un’ipotesi intrigante si presenta se uno qualsiasi dei rilasci iniziali di carbonio leggero sopra descritti fosse effettivamente correlato a una precedente civiltà industriale. Come discusso nella sezione “Eventi anossici oceanici del Cretaceo e del Giurassico”, questi rilasci hanno spesso innescato episodi di anossia oceanica (attraverso un aumento dell’apporto di nutrienti) causando un massiccio seppellimento di materia organica, che alla fine è diventata strati di origine per ulteriori combustibili fossili. Pertanto, l’attività industriale precedente avrebbe effettivamente dato origine al potenziale per l’industria futura attraverso la propria scomparsa. L’anossia su larga scala, in effetti, potrebbe fornire un feedback autolimitante ma auto-perpetuante dell’industria del pianeta. In alternativa, potrebbe essere solo una parte di un feedback episodico a lungo termine del ciclo del carbonio naturale su pianeti tettonicamente attivi.
Forse insolitamente, gli autori di questo articolo non sono convinti della correttezza dell’ipotesi proposta. Se fosse vero avrebbe implicazioni profonde e non solo per l’astrobiologia. Tuttavia, alla maggior parte dei lettori non c’è bisogno di sentirsi dire che è sempre una cattiva idea decidere sulla verità o falsità di un’idea sulla base delle conseguenze del fatto che sia vera. Sebbene dubitiamo fortemente che una civiltà industriale precedente sia esistita prima della nostra, porre la domanda in un modo formale che articola in modo esplicito quale potrebbe essere l’evidenza di una tale civiltà solleva le proprie utili domande relative sia all’astrobiologia che agli studi sull’antropocene. Pertanto, speriamo che questo articolo serva da motivazione per migliorare i vincoli sull’ipotesi in modo che in futuro potremmo essere in una posizione migliore per rispondere alla nostra domanda sul titolo.
