Risolto il mistero dell’estinzione di massa del permiano-triassico

250 milioni di anni fa, enormi eruzioni vulcaniche hanno bruciato carbone, portando alla peggiore estinzione della storia della Terra. Ecco come gli scienziati hanno dato la caccia alle prove

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La grande estinzione di massa del Permiano-Triassico avvenne 252 milioni di anni fa, e devastò il 95% della vita sulla Terra, innescò un processo di ripresa molto lento rispetto ad altri eventi che causarono l’estinzione di diverse specie. Si stima che ci vollero circa 10 milioni di anni per vedere rinascere la Terra.

Le ragioni di un evento di tale portata sono tutt’oggi in discussione: alcuni scienziati propendono per circostanze catastrofiche, altri hanno ipotizzato un cambiamento ambientale graduale.

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Ma cosa provocò davvero l’estinzione di massa del Permiano-Triassico

Il riscaldamento globale innalzò la temperatura equatoriale degli oceani a 40 gradi Celsius; i mari si acidificarono rapidamente, quindi le specie senza protezione cercarono di adattarsi ma i reperti fossili mostrano che queste specie furono le più svantaggiate. Un ruolo determinante ebbe la CO2 che entrò in conflitto con l’equilibrio del pH degli oceani. In un decennio circa, i gas che consumavano ozono, dissolsero lo strato protettivo della Terra facendo penetrare le radiazioni solari che inondarono la superficie, colpendo piante e animali, prima che lo strato di ozono si riformasse. Ciò è accaduto più volte nella storia della Terra, permettendo periodiche inondazioni di radiazioni solari sulla superficie del pianeta.

Una delle ipotesi che potrebbe spiegare la causa dell’estinzione di massa del Permiano-Triassico, nota anche come Great Dying, interessa la combustione su larga scala del carbonio. Solo una simile catastrofe, secondo gli scienziati, avrebbe avuto il potere di trasformare la Terra in modo così radicale in un periodo di tempo così breve; la documentazione fossile indica l’estinzione di massa del Permiano-Triassico durò per decine di migliaia di anni. Un solo evento vulcanico anche con massiccia liberazione di carbonio in atmosfera non spiegherebbe la portata del cataclisma e non ci sono prove di impatti di asteroidi in questo periodo, come accadde 190 milioni di anni dopo.

Nonostante sia una teoria interessante, gli scienziati non hanno trovato prove concrete per dimostrare che una grande combustione di carbonio possa aver causato l’estinzione di  tutte quelle specie. Per trovare reperti utili ad una spiegazione più credibile, è stato necessario recarsi in quella che oggi chiamiamo Siberia, una gelida distesa di terra che 250 milioni di anni fa era tutt’altro che una terra fredda, perché era inondata di lava. I vulcani hanno liberato così tanta lava da ricoprire un territorio grande come gli Stati Uniti per una profondità di circa 800 km. Non solo, secondo i ricercatori, la lava incenerì enormi depositi di carbone liberando quantità importanti di gas serra nell’atmosfera.

La scienziata Lindy Elkins-Tanton, dell’Arizona State University, nell’estate del 2008 si è recata con la sua squadra nella piccola città artica di Khatanga, situata a nord delle distese siberiane da esplorare.

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L’idea era quella di individuare rocce derivate da eruzioni vulcaniche per determinarne l’origine e datarle.

Prima che l’estinzione di massa del Permiano-Triassico la coinvolgesse distruggendo quasi tutta la vita multicellare del pianeta, la Siberia era un pacifico mare interno, che si prosciugò lasciando un “bacino di evaporite“. L’evaporazione dell’acqua lasciò uno strato di calcare e minerali ricchi di cloro e bromo. In seguito, si sviluppò una palude sopra questo strato minerale. Quando le piante e gli animali si decomposero, vi depositarono strati di carbone, petrolio e gas. “Quindi, in sostanza, l’intera area della Siberia centrale è proprio come uno strato di materiale tossico, tutto creato da Madre Natura“, ha spiegato la Elkins-Tanton.

L’ingrediente segreto di questa stratificazione è il magma, che scorreva dai substrati per infiltrarsi tra gli strati di roccia sedimentaria tossica, formata dal mare  “Il carbonio era l’ultimo elemento in cima, ma sappiamo che ha coperto l’intero bacino“, ha dichiarato la scienziata.

Per provocare un’estinzione di massa che si dipanò lungo decine di migliaia di anni, in qualche modo tutto quel carbonio dovette improvvisamente bruciare e riscaldare rapidamente l’intero pianeta. “Ci sono solo alcune cose che causano un cambiamento globale del genere“, ha affermato Elkins-Tanton. “Uno è un attacco corposo di meteoriti, ma non ci sono prove su questa possibilità. Dovrebbe essere stato davvero un evento importante, e ne sarebbero rimaste le prove; un’altra  possibilità è una guerra nucleare, ma sono abbastanza sicura che in quell’epoca non ve ne furono”.

Una terza opzione, secondo la studiosa è che: “qualcosa abbia cambiato la composizione dell’intera atmosfera disperdendo sostanze chimiche nella stratosfera”. Questo può farlo un’eruzione vulcanica esplosiva ma sono necessarie delle rocce per dimostrarlo.

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Non tutti i vulcani sono così originali. Ad esempio, il Kilauea non è esplosivo al momento, perché il suo magma quando sale in superficie, rilascia i suoi gas in modo ordinato. Il Mount St. Helens, d’altra parte, produce un  magma relativamente denso, che intrappola i gas. “Se hai abbastanza gas nel magma, invece che gorgogliare come una zuppa, questo esplode come una bottiglia di soda agitata“,  ha spiegato Elkins-Tanton.

“È come il Pinatubo o Mount St. Helens, ma su una scala molto più grande“, continua. “E quelle materie hanno abbastanza calore e gas da proiettare attraverso la tropopausa nella stratosfera.” La tropopausa è uno strato limite tra la troposfera e la stratosfera. La troposfera è relativamente caotica, piena di tutti i tipi di nuvole, venti e sistemi meteorologici, mentre la stratosfera è relativamente calma (gli aerei volano in questa zona per evitare turbolenze).

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Questa calma, tuttavia, ha aiutato la distruzione di tutte quelle specie 250 milioni di anni fa: eruzioni vulcaniche esplosive in Siberia hanno alterato la tropopausa e depositato grandi strati di carbonio nella stratosfera. Se tutto quel gas fosse rimasto nella troposfera sopra la Siberia, si sarebbe gradualmente dissipato: la vita sarebbe stata compromessa per le piante e gli animali sottostanti, certo, ma al resto della Terra sarebbe stato risparmiato l’estinzione di massa del Permiano-Triassico.

Ma le stesse eruzioni erano solo una componente della catastrofe; da sole non avrebbero potuto portare a un riscaldamento globale così intenso e repentino. Elkins-Tanton e il suo team hanno scoperto che “Ogni singola scogliera lungo il fiume era costituita da rocce vulcaniche, dal livello dell’acqua fino alla cima“, afferma Elkins-Tanton. “A volte in 100 metri o più di scogliera, si trovavano solo rocce vulcaniche“.

Scavalcando il disgelo del permafrost, raccogliendo chili di rocce Elkins-Tanton ha trovato un particolare tipo di roccia che contiene piccoli frammenti di carbonio: “Non eravamo del tutto sicuri su cosa fossero e alcune delle persone della mia squadra  non erano molto interessate. Ma non lo so, mi sono sembrati davvero insoliti, quindi mi sono presa cura di campionarli ”, ha raccontato Elkins-Tanton.

Quindi ha ricordato il lavoro di Stephen Grasby, ricercatore senior presso il Geological Survey del Canada. Dall’altra parte del Polo Nord, nelle isole artiche canadesi, lui e i suoi colleghi avevano precedentemente scoperto formazioni bizzarre chiamate cenosfere nelle rocce risalenti a 250 milioni di anni fa: “Sono esperti di carbonio e sapevano che l’unico modo in cui queste piccole, dure e bruciate bolle di carbonio vengono prodotte ai giorni nostri è nelle centrali elettriche ad altissima temperatura. Non erano a conoscenza del fatto che fossero mai stati trovate nei registri geologici prima ”, afferma Elkins-Tanton. “E hanno ipotizzato che provenissero dal carbone che bruciava in Siberia dai basalti alluvionali siberiani, e che erano stati trasportati in tutto il mondo dalle correnti d’aria artiche e precipitate nel nord del Canada“.

Elkins-Tanton aveva trovato le rocce indicative di violente eruzioni esplosive che si suppone abbiano incenerito vasti depositi di carbone, “degassando” il combustibile fossile e spinto la CO2 nella stratosfera. Ciò ha permesso al particolato e ai gas serra, sospesi nella stratosfera, di diffondersi in tutto il mondo.

Quindi, naturalmente, tutti gli animali e le piante sono morti“, dice Elkins-Tanton: ” E questa è la prima prova effettiva trovata sul campo a favore della combustione del carbone nei basalti alluvionali in Siberia.” (Lei e Grasby e i loro colleghi hanno recentemente riportato i loro risultati sulla rivista Geology).

I geologi sospettavano davvero di aver già trovato questo carbonio nei reperti fossili. L’oceano assorbe CO2 dall’atmosfera e, a sua volta, le creature marine incorporano carbonato nei loro scheletri e conchiglie, prima di morire, affondare e diventare calcare. Poiché il peso isotopico medio degli atomi di carbonio derivati ​​da fonti organiche è più leggero di quelli derivati ​​dal mantello terrestre, gli scienziati possono analizzare il calcare e dimostrare un’improvvisa ondata di carbonio leggero, indicando un’impennata della CO2 atmosferica. Ma questo nuovo studio è il primo a mettere alla prova il meccanismo di come quel carbonio sia arrivato lì, come i vulcani esplosivi hanno fatto esplodere i campi di carbone siberiano e hanno inondato la stratosfera di gas serra diventando la causa dell’estinzione di massa del Permiano-Triassico.

“Questo ci fornisce ora una prova che c’è stato davvero il degasaggio di questi depositi carboniferi durante le eruzioni”, afferma il paleontologo della Stanford University Jonathan Payne, che non era coinvolto nello studio.

Elkins-Tanton e i suoi colleghi hanno calcolato che le eruzioni siberiane che hanno bruciato carbone e altra materia organica avrebbero potuto pompare nell’atmosfera da 6.000 a 10.000 miliardi di tonnellate di carbonio: “La quantità esatta è ancora difficile da definire direttamente dalle osservazioni geologiche“, afferma Payne: Quindi è una questione di ridimensionamento e di assumere il presupposto che ciò che vediamo sul campo è rappresentativo, e questo è un presupposto perfettamente ragionevole.”

Payne aggiunge che non sarebbe sorpreso se la cifra di fascia alta di 10.000 miliardi di tonnellate di carbonio fosse effettivamente bassa, una volta tenuto conto della potenziale distruzione di roccia come il calcare, che intrappola il proprio carbonio.

Secondo il Global Carbon Project, un consorzio di ricercatori sul clima, noi umani emettiamo quasi 40 miliardi di tonnellate di CO2 all’anno, e questo dato è cresciuto in modo affidabile di qualche percentuale ogni anno, eliminando il ciclo del carbonio terrestre. In genere, il sistema CO2 funziona come riempire una vasca da bagno con lo scarico aperto. Vulcani e incendi che bruciano alberi rilasciano gas, alcuni dei quali entrano nell’atmosfera e si deteriorano nel tempo, altri vengono assorbiti dall’oceano. Ma noi come specie stiamo emettendo troppa CO2  nell’atmosfera e la conseguenza sarà un rapido riscaldamento globale.

Allo stesso modo, il caos vulcanico in Siberia 250 milioni di anni fa ha aperto il rubinetto della CO2 e la vasca è traboccata: “Alla Terra non importa chi stia facendo il lavoro“, afferma il geologo Seth Burgess del Geological Survey degli Stati Uniti. “Alla fine del Permiano, abbiamo le prove di questa enorme ondata di gas serra che entra nell’atmosfera, provocando l’estinzione di massa del Permiano-Triassico. La biosfera ha risposto con una mortalità del 90 percento della specie. Alla Terra non importa chi sta guidando, risponderà allo stesso modo. Quindi possiamo scoprire cosa è molto probabile che accada se immettiamo livelli di gas serra nell’atmosfera allo stesso ritmo che si è verificato alla fine del Permiano.

Non è ancora noto come il tasso di emissioni alla fine del Permiano sia paragonabile alla velocità con cui oggi bruciamo combustibili fossili: i ricercatori possono calcolare la quantità di carbonio che la Siberia ha iniettato nell’atmosfera, ma non quanto velocemente. Tuttavia, con le nostre attuali emissioni di carbonio “Potremmo rendere la vita della nostra specie piuttosto difficile. La Terra si salverà così come molte specie, ma l’analogia c’è. Sappiamo cosa succede quando aumenta in modo significativo la quantità di gas serra nell’atmosfera in tempi brevi”.

E la nostra specie non sta solo imbrattando il pianeta con gas serra. C’è la deforestazione, l’inquinamento da microplastica e un numero incalcolabile di altri disastri ambientali che si combinano l’un l’altro per formare una super-crisi: “Il Permiano non ha alcuna analogia con i cambiamenti umani nell’uso del suolo, nella caccia, nella pesca eccessiva“, afferma Payne: “Alcune delle cose che gli esseri umani stanno facendo sono davvero diverse da qualsiasi cosa accaduta nel Permiano. Ma alcuni dei grandi cambiamenti che stiamo causando al pianeta sono gli stessi che sembrano essere stati strumentali all’estinzione Permiana “.

L’anidride carbonica però non ha tutta la colpa: gli scienziati sanno che le eruzioni hanno rilasciato così tanto zolfo che la conseguente pioggia acida ha trasformato alcune parti del mare in succo di limone: “Sappiamo che anche altre cose si sono aggiunte alla catastrofe globale“, afferma Elkins-Tanton. “Ma questo era un collegamento mancante davvero chiave che ora è stato trovato.”