Spore normali e malformate della Groenlandia orientale. Credito:John Marshall
I ricercatori dell'Università di Southampton hanno dimostrato che un evento di estinzione 360 milioni di anni fa, che ha ucciso gran parte delle piante della Terra e della vita acquatica d'acqua dolce, è stato causato da una breve rottura dello strato di ozono che protegge la Terra dalle dannose radiazioni ultraviolette (UV). Questo è un meccanismo di estinzione scoperto di recente con profonde implicazioni per il nostro mondo in fase di riscaldamento di oggi.
Ci sono state numerose estinzioni di massa nel passato geologico. Solo uno è stato causato da un asteroide che ha colpito la Terra, che era 66 milioni di anni fa quando i dinosauri si estinsero. Tre degli altri, compresa la fine della Grande Morte del Permiano, 252 milioni di anni fa, sono stati causati da enormi eruzioni vulcaniche su scala continentale che hanno destabilizzato le atmosfere e gli oceani della Terra.
Ora, gli scienziati hanno trovato prove che dimostrano che alti livelli di radiazioni UV hanno fatto crollare gli ecosistemi forestali e ucciso molte specie di pesci e tetrapodi (i nostri antenati a quattro zampe) alla fine del periodo geologico del Devoniano, 359 milioni di anni fa. Questa dannosa esplosione di radiazioni UV si è verificata come parte di uno dei cicli climatici della Terra, piuttosto che essere causato da un'enorme eruzione vulcanica.
Il crollo dell'ozono si è verificato quando il clima si è rapidamente riscaldato a seguito di un'intensa era glaciale e i ricercatori suggeriscono che la Terra oggi potrebbe raggiungere temperature comparabili, possibilmente innescando un evento simile. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Progressi scientifici .
Il team ha raccolto campioni di roccia durante le spedizioni nelle regioni polari montuose della Groenlandia orientale, che un tempo formava un enorme e antico letto di lago nell'arido interno del vecchio continente di arenaria rossa, composta da Europa e Nord America. Questo lago era situato nell'emisfero meridionale della Terra e sarebbe stato simile in natura all'odierno lago Ciad ai margini del deserto del Sahara.
Altre rocce sono state raccolte dalle montagne andine sopra il lago Titicaca in Bolivia. Questi campioni sudamericani provenivano dal continente meridionale del Gondwana, che era più vicino al Polo Sud del Devoniano. Contenevano indizi su ciò che stava accadendo ai margini della calotta glaciale del Devoniano che si stava sciogliendo, consentendo un confronto tra l'evento di estinzione vicino al polo e vicino all'equatore.
Tornato in laboratorio, le rocce sono state sciolte in acido fluoridrico, rilasciando microscopiche spore vegetali (come polline, ma da piante simili a felci che non avevano semi né fiori) che erano rimaste conservate per centinaia di milioni di anni. All'esame microscopico, gli scienziati hanno scoperto che molte delle spore avevano spine bizzarre formate sulla loro superficie, una risposta alle radiazioni UV che danneggiavano il loro DNA. Anche, molte spore avevano pareti scure pigmentate, pensato per essere una sorta di "abbronzatura" protettiva, a causa di livelli di UV aumentati e dannosi.
Gli scienziati hanno concluso che, in un periodo di rapido riscaldamento globale, lo strato di ozono è crollato per un breve periodo, esponendo la vita sulla Terra a livelli dannosi di radiazioni UV e innescando un evento di estinzione di massa sulla terraferma e in acque poco profonde al confine tra Devoniano e Carbonifero.
Prof John Marshall (a sinistra), prelevare campioni a Spitsbergen. Credito:Sarah Wallace-Johnson
Dopo lo scioglimento delle calotte glaciali, il clima era molto caldo, con l'aumento del calore sopra i continenti che spinge nell'atmosfera superiore più sostanze chimiche che distruggono l'ozono generato naturalmente. Questo lascia entrare alti livelli di radiazioni UV-B per diverse migliaia di anni.
Il ricercatore capo professor John Marshall, della School of Ocean and Earth Science dell'Università di Southampton, chi è un National Geographic Explorer, commenta:"Il nostro scudo di ozono è svanito per breve tempo in questo antico periodo, in coincidenza con un breve e rapido riscaldamento della Terra. Il nostro strato di ozono è naturalmente in uno stato di flusso - viene costantemente creato e perso - e abbiamo dimostrato che ciò è accaduto anche in passato, senza un catalizzatore come un'eruzione vulcanica su scala continentale".
Durante l'estinzione, le piante sono sopravvissute selettivamente, ma sono stati enormemente distrutti quando l'ecosistema forestale è crollato. Il gruppo dominante di pesci corazzati si estinse. Quelli che sono sopravvissuti, squali e pesci ossei, rimangono fino ad oggi i pesci dominanti nei nostri ecosistemi.
Queste estinzioni sono avvenute in un momento chiave per l'evoluzione dei nostri antenati, i tetrapodi. Questi primi tetrapodi sono pesci che si sono evoluti per avere arti piuttosto che pinne, ma viveva ancora per lo più nell'acqua. I loro arti possedevano molte dita delle mani e dei piedi. L'estinzione ha ripristinato la direzione della loro evoluzione con i sopravvissuti post-estinzione essendo terrestri e con il numero di dita delle mani e dei piedi ridotto a cinque.
Cartone animato che mostra i processi ipotizzati che hanno portato alla degradazione dell'ozono e all'estinzione delle piante. Le alte temperature estive continentali (A) causano un aumento del trasporto di vapore acqueo nella stratosfera insieme ai fluorocarburi naturali. Questi fluorocarburi promuovono cataliticamente la degradazione dell'ozono (B) portando ad un aumento delle radiazioni UV-B che raggiungono la superficie terrestre. Questa radiazione UV-B (C) danneggia il DNA delle cellule delle spore e del polline prima che possano formare lo strato protettivo della parete esterna resistente che sono le parti fossili che possiamo recuperare. Il danno al DNA è espresso come danno alle spine che ricoprono la parete esterna delle spore. Il danno al DNA rende anche le piante madri incapaci di riprodursi con successo e si estinguono globalmente o localmente facendo crollare l'ecosistema forestale. Il collasso dell'ecosistema espone i paleosol sotto la foresta all'erosione e c'è un flusso di nutrienti negli oceani. Il livello del mare si è rapidamente alzato in seguito al crollo delle ultime calotte glaciali del Devoniano e i mari poco profondi (D) si sono sviluppati intorno alle aree terrestri del Devoniano. La produttività del plancton delle alghe prasinofite era elevata in questi mari ricchi di nutrienti e con una lenta circolazione dell'acqua le colonne d'acqua erano stratificate. Lo strato d'acqua stratificato inferiore mancava di ossigeno e quindi conservava tutta la materia organica che lo attraversava con il sedimento del fondo marino ad alto contenuto di carbonio organico. Questo carbonio organico alla fine proveniva dalla fotosintesi che utilizzava l'anidride carbonica atmosferica. Questo processo ha rimosso l'anidride carbonica dall'atmosfera e ha portato al raffreddamento globale. Così, quando il ciclo del clima caldo post-glaciale ha superato il suo picco, lo strato di ozono potrebbe ricostruirsi e le piante e gli animali sopravvissuti si sono ristabiliti in ecosistemi molto diversi. Credito:Marshall, Lakin, Troth &Wallace-Johnson
Il professor Marshall afferma che le scoperte del suo team hanno implicazioni sorprendenti per la vita sulla Terra di oggi:"Le stime attuali suggeriscono che raggiungeremo temperature globali simili a quelle di 360 milioni di anni fa, con la possibilità che un simile collasso dello strato di ozono possa ripetersi, esponendo la superficie e la vita marina poco profonda a radiazioni mortali. Questo ci sposterebbe dall'attuale stato di cambiamento climatico, all'emergenza climatica".
Le località remote visitate nella Groenlandia orientale sono molto difficili da raggiungere, con viaggi che coinvolgono velivoli leggeri in grado di atterrare direttamente sulla tundra. Il trasporto all'interno della vasta area di campo avveniva con gommoni dotati di motori fuoribordo, tutto ciò doveva adattarsi al piccolo aereo.
Tutta la logistica sul campo è stata organizzata da CASP, un trust di beneficenza indipendente con sede a Cambridge specializzato in ricerche geologiche remote. Mike Curtis, Managing Director of CASP says:"We have a history of assisting research geologists such as John Marshall and colleagues to access remote field areas and we are particularly pleased that their research has proved to have such potentially profound implications."
