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giovedì 20 gennaio 2011

Chi ha ucciso i dinosauri? Risolto il mistero delle grandi estinzioni


L'estinzione dei dinosauri, 65 milioni di anni fa, è un evento che ha colpito la fantasia di tutti. L'interesse nella questione è stato anche aumentato dalla scoperta - nel 1980 - dell'impatto di un asteroide contemporaneo all'estinzione.  Ma la questione delle grandi estinzioni, delle quali quella dei dinosauri è solo uno dei casi, non si spiega con impatti di asteroidali. Soltanto negli ultimi anni possiamo dire di aver risolto il problema: le grandi estinzioni sono il risultati dei cambiamenti climatici associati a grandi eruzioni vulcaniche. Questo post riassume quello che sappiamo oggi di questo argomento, soprattutto sulla base di un articolo recente di Kidder e Worsley (1)



Non so quanti di voi abbiano il "pallino" dei dinosauri, ma io ce l'ho da quando ero piccolo. Credo di essermi letto il mio primo libro sui dinosauri quando avevo, forse, otto anni. Sicuramente, non sono il solo con questo pallino e l'idea che la terra sia stata popolata nel passato da animali giganteschi e terribili, i dinosauri, è stata un elemento di grande fascino per tanta gente dal tempo in cui si è scoperto che erano esistiti, verso la metà dell'800.

Ma il fatto che oggi i dinosauri non esistano più è anche quella una cosa affascinante. Dove sono finiti? Cosa gli è successo? E non sono soltanto i dinosauri ad essere spariti. Ci sono tantissime specie animali e vegetali che sono esistite nel remoto passato ma che, a un certo punto, sono scomparse. E' il "problema delle estinzioni" che ha dato da pensare ai paleontologi per un paio di secoli almeno. 

Nei libri che leggevo da piccolo sui dinosauri c'erano già molte diverse ipotesi sulle ragioni della loro estinzione. In un libro recente di Michael Benton ("When life nearly died," 2003) ne ho trovate elencate 100, e lui dice che li' si è fermato perché sarebbero state di più. Solo il fatto che fossero così tante indica la grande confusione che regnava. Insomma, fino agli anni 1980, circa, non c'era un'idea soddisfacente sul perché i dinosauri e tante altre specie si fossero estinte - si andava da cose nebulose come la "senilità razziale" ad altre francamente improbabili, per esempio che i dinosauri fossero morti di AIDS.

Con gli anni, tuttavia, la scienza ha progredito enormemente. Oggi, possiamo dire che il problema è stato risolto: è una vera rivoluzione scientifica del ventunesimo secolo. In sostanza, le estinzioni sono una conseguenza delle emissioni di CO2 da parte di grandi eruzioni vulcaniche. Siccome c'è di mezzo la CO2 e siccome ne stiamo emettendo in gran quantità nell'atmosfera, la faccenda potrebbe riguardarci direttamente. Ovvero, potremmo essere prossimi a una nuova grande estinzione, anche se questa non sarebbe causata dai vulcani ma dall'attività umana. Ma vediamo le cose in dettaglio.

La scienza progredisce per prima cosa per mezzo di misure. Le misure servono a quantificare le cose - quando hai dei buoni dati quantitativi, allora puoi costruire delle buone teorie. Il quadro generale delle estinzioni è venuto fuori piano piano, attraverso il lavoro di generazioni di paleontologi. L'immagine si è fatta chiara nel 1982, quando Raup e Sepkoski hanno pubblicato un famoso articolo (2) che fa vedere tutte le estinzioni nel periodo detto "fanerozoico", quello delle forme di vita complesse: piante ed animali multicellulari. Ecco qua i loro risultati in una forma recente:



Vedete che l'estinzione dei dinosauri (marcata come "Cretaceous-Tertiary boundary") è soltanto uno dei tanti casi e non è nemmeno il più grave. Si parla spesso delle "cinque grandi estinzioni" per identificare quelle principali. Ma il punto è che, a partire dal lavoro di Raup e Sepkoski, sappiamo che le estinzioni non sono cose graduali, ma eventi rapidi (su scala geologica) e disastrosi. Nel caso più grave, quello della fine del Permiano, la vita terrestre ha rischiato seriamente di estinguersi completamente.

Partendo da questi dati, è evidente che la causa delle estinzioni deve essere qualcosa di veramente catastrofico - perlomeno nel caso delle cinque grandi estinzioni. A questo punto, è venuta fuori la scoperta di Luis Alvarez nel 1980 (3): un grande asteroide ha colpito la Terra più o meno al momento dell'estinzione dei dinosauri. Certamente è stata una catastrofe planetaria, ma era quella la causa dell'estinzione?

La storia dell'asteroide ha colpito la fantasia di tutti. Già i dinosauri da soli sono spettacolari, ci mettiamo anche gli effetti speciali di un impatto asteroidale e sono veramente i fuochi artificiali. Ma non solo si sono fatti film e scritto libri sull'argomento. Geologi e paleontologi si sono messi a studiare la faccenda con l'idea che forse impatto asteroidali erano la causa di tutte le estinzioni, non solo di quella dei dinosauri. E qualcuno ha anche trovato qualche traccia che ha interpretato come il risultato di altri impatti; in corrispondenza di altre estinzioni.

Questa storia ci fa vedere come la scienza si auto-corregge sulla base dei dati sperimentali. Oggi, sappiamo che non si possono spiegare le cinque grandi estinzioni con degli impatti asteroidali. Può essere stato il caso di quella dei dinosauri, ma tutte le altre sono state causate da eventi interni al sistema terrestre: grandi eruzioni vulcaniche.

C'è voluto un po' di tempo per arrivarci e, ancora nel 2001, un articolo di Wignall (4) invitava alla cautela su questa ipotesi dato che i dati erano molto incerti. Ma oggi sembra che il problema si possa definire come risolto. Nuovi dati e nuove scoperte hanno confermato la correlazione fra i grandi eventi vulcanici chiamati "Grandi Province Magmatiche" (Large Igneous Provinces, LIP) e estinzioni.

Queste grandi province magmatiche sono delle aree immense, tipicamente di aree vaste come l'Italia intera, o anche di più, dove grandi masse di basalto fuso vengono gradualmente emesse dal mantello, accumulandosi in tipiche strutture a gradini. Queste che vedete qui sotto sono alcune delle LIP del passato; oggi geologicamente inattive. Ci sono eventi simili in corso, per esempio a Yellowstone negli USA, ma per fortuna molto più deboli di quelli del passato.





Recentemente, Kidder e Worsley (1) hanno dimostrato la correlazione fra le LIP e le grandi estinzioni. Vedete nella figura seguente, dal loro lavoro, come la correlazione sia veramente ottima. Praticamente a ogni estinzione corrisponde una LIP e viceversa



Figura da Kidder e Worsley "Phanerozoic Large Igneous Provinces (LIPs), HEATT (Haline Euxinic Acidic Thermal Transgression) episodes" Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 295, Issues 1-2, 1 September 2010, Pages 162-191 

La correlazione implica anche causazione se pensiamo agli effetti di queste grandi eruzioni. Le estinzioni sono causate da una cascata di effetti che nascono in primo luogo dall'emissione nell'atmosfera di grandi quantità di biossido di carbonio che origina dalle LIP. Il biossido di carbonio causa riscaldamento globale. Il riscaldamento globale genera ulteriore biossido di carbonio - può darsi che questo causi, a sua volta, il rilascio degli idrati di metano; gas serra ancora più potenti. Il risultato, in ogni caso, è un "runaway greenhouse effect," un effetto serra incontrollato.

Il calore e la desertificazione colpiscono le specie terrestri. Ma c'è di peggio. La CO2 acidifica gli oceani e il riscaldamento globale blocca la circolazione delle correnti termoaline. Questo causa una generale "anossia oceanica" che, accoppiata alla mancanza di nutrienti minerali, causa la moria di una gran quantità di specie marine. Si sviluppano solfobatteri anaerobici che generano acido solfidrico e questo avvelena ancora altre specie. Insomma, un bel disastro dove la Terra si trasforma in una "hothouse" ("bagno turco") caldissima e inospitale per la vita. Queste condizioni hanno generato la maggior parte delle grandi estinzioni del passato.

E l'asteroide che ha ucciso i dinosauri? Beh, quello si, c'è stato, ma probabilmente non è la cosa che ha ucciso i dinosauri. Ha soltanto intensificato gli effetti di una grande provincia magmatica che - a quel tempo - si stava sviluppando in quella che oggi è l'India. Come si dice alle volte, "agli zoppi grucciate," ai dinosauri sono capitati addosso due disastri planetari insieme (potremmo dire "ai dinosauri, asteroidate").

Insomma, forse non ve ne eravate accorti, ma negli ultimi anni c'è stata una grande rivoluzione scientifica. Abbiamo capito la ragione delle grandi estinzioni del passato; un problema che era rimasto insoluto per oltre un secolo, adesso non lo è più.

E questa scoperta ci porta delle lezioni importantissime per quello che sta succedendo oggi. In primo luogo, ci fa vedere come la scienza riesca ad auto-correggersi. Partendo da un'ipotesi sbagliata ("tutte le estinzioni sono causate da impatti asteroidali") siamo arrivati a capire che non è così. Ma, più che altro, ci fa vedere come sia sensibile il sistema climatico terrestre alla presenza di CO2.

Nel passato, ci sono voluti probabilmente decine di migliaia di anni o anche molto di più perchè le grandi province magmatiche potessero emettere abbastanza CO2 da causare le grandi estinzioni. Ma noi lo stiamo facendo in pochi secoli. Gli effetti potrebbero essere veramente disastrosi: possiamo arrivare alla "sesta grande estinzione" della quale potremmo avere l'onore (per così dire) di essere causa e vittime allo stesso tempo.

E dopo le grandi estinzioni, cosa succede? Come fa il pianeta a ritornare alle condizioni di prima? Beh, per fortuna c'è sempre la buona vecchia Gaia che rimette le cose a posto. In pratica, è l'erosione dei silicati che, piano piano, riassorbe il biossido di carbonio dall'atmosfera, lo trasforma in carbonati minerali, lo sedimenta sul fondo degli oceani e, da li', lo riporta nel mantello attraverso la "subduzione"; il grande nastro trasportatore oceanico.

Ma Gaia si prende il suo tempo: dopo un episodio di LIP ci possono volere milioni di anni - anche decine di milioni - per ritornare alla varietà biologica di prima dell'estinzione. Per noi umani, è un tantino troppo lungo per poterci far conto.....

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1. David L. Kidder, Thomas R. Worsley "Phanerozoic Large Igneous Provinces (LIPs), HEATT (Haline Euxinic Acidic Thermal Transgression) episodes, and mass extinctions"  Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Volume 295, Issues 1-2, 1 September 2010, Pages 162-191

2. Raup, D.; Sepkoski Jr, J. (1982). "Mass extinctions in the marine fossil record". Science 215 (4539): 1501–1503. 

3. Alvarez, LW, Alvarez, W, Asaro, F, and Michel, HV (1980). "Extraterrestrial cause for the Cretaceous–Tertiary extinction". Science 208 (4448): 1095–1108

4. Wignall, P.B., 2001. Large igneous provinces and mass extinctions. Earth Science Reviews 53, 1–33.