"Snowball Earth" è accaduto circa 700 milioni di anni fa. Credito:www.shutterstock.com
Uno degli episodi climatici più estremi che la Terra abbia vissuto è stato durante la cosiddetta Snowball Earth, 720 milioni di anni fa. Durante questo periodo i ghiacciai si estendevano dai poli ai tropici, risultando in un pianeta interamente coperto di ghiaccio.
L'ipotesi Snowball Earth è stata oggetto di dibattito scientifico per circa 20 anni:gli scienziati sono sia affascinati che perplessi su come il pianeta possa precipitare in uno stato climatico così strano.
Una nuova ricerca ora punta a eruzioni vulcaniche spettacolarmente grandi come fondamentali in questo processo. Suggeriamo che ciò sia accaduto perché grandi quantità di anidride carbonica sono state estratte dall'atmosfera dopo enormi eruzioni, e questo ha portato a una perdita di calore dalla superficie terrestre.
Sorprendentemente, il meccanismo per questo sembra essere l'erosione della roccia.
Diversi tipi di vulcani
Le relazioni tra eruzioni vulcaniche e clima sono ben consolidate. Per esempio, lo zolfo iniettato nell'atmosfera dall'eruzione del 1991 del Monte Pinatubo nelle Filippine ha abbassato le temperature globali di circa mezzo grado per circa 15 mesi. Lo zolfo rifletteva la radiazione solare in arrivo e abbassava le temperature globali.
Vulcani come il Monte Pinatubo fanno parte di archi vulcanici che producono volumi relativamente piccoli di materiali eruttati. Attraverso il mondo, i vulcani ad arco insieme producono meno di un chilometro cubo (1 km³) di materiale eruttato all'anno.
Il cratere del Monte Pinatubo, preso dall'aria nelle Filippine. Credito:www.shutterstock.com
Confrontalo con un tipo di eruzione vulcanica denominata "grande provincia ignea" (qui li chiameremo LIP). Queste eruzioni sono spettacolarmente grandi, producendo oltre 100 km³ all'anno di lave, e, soprattutto, hanno volumi di eruzione totali superiori a 1 milione di km³ e coprono un'area maggiore di 1 milione di km². (Per confronto, l'area del South Australia è di circa 1 milione di km²). Questi sono eventi di resurfacing su scala continentale.
Più di 300 di queste eruzioni LIP sono state riconosciute nel corso della storia della Terra, e sembrano raggiungere il picco nei cicli semi-regolari.
Effetti climatici a lungo termine
Mentre alcune eruzioni vulcaniche relativamente piccole avranno effetti climatici a breve termine, gli effetti a lungo termine dei vulcani LIP possono essere profondi.
La ragione di ciò si riduce alla semplice chimica. L'anidride carbonica nell'atmosfera si dissolve sotto la pioggia, e cade a terra dove reagisce con i minerali di silicato nelle rocce. L'anidride carbonica forma bicarbonato, e alla fine viene rinchiuso in calcari e formazioni rocciose di scisto.
Nel corso di centinaia di migliaia di anni la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera è regolata in modo abbastanza efficace in questo modo. Gli scienziati stimano che l'erosione delle rocce consuma circa 600 milioni di tonnellate di anidride carbonica all'anno.
Identificate grandi province ignee attraverso la storia della terra. Mentre il record è semi-continuo, l'analisi spettrale che utilizza una tecnica nota come trasformata di Fourier veloce suggerisce che le grandi eruzioni della provincia ignea mostrano prove di cicli complessi con periodicità di circa 300 e 500 milioni di anni. I dati grezzi possono essere trovati su http://www.largeigneousprovinces.org.
Le formazioni geologiche da eruzioni vulcaniche LIP sono particolarmente suscettibili a questo processo, poiché sono in gran parte composti da basalto, un tipo di roccia vulcanica a grana fine che si deteriora in modo relativamente rapido e assorbe l'anidride carbonica in modo più efficace rispetto ad altre rocce, come il granito.
Ma le eruzioni vulcaniche LIP possono influenzare il clima anche in un altro modo:attraverso l'attivazione della fotosintesi.
Collegare le eruzioni vulcaniche alla fotosintesi potrebbe sembrare strano, ma tutto si riduce ai nutrienti. Abbiamo recentemente dimostrato che l'erosione di formazioni geologiche come il basalto dei vulcani LIP fertilizza fiumi e oceani rilasciando fosforo.
Il fosforo è un componente essenziale del DNA e tutta la vita lo richiede. Per lunghi periodi di tempo, il fosforo è il nutriente che regola il tasso di fotosintesi. E quando avviene la fotosintesi, anch'esso estrae anidride carbonica dall'atmosfera.
Discesa nella Terra delle palle di neve
Il nostro articolo più recente si è concentrato sulla determinazione se l'erosione del basalto dai vulcani LIP ha contribuito alla riduzione dell'anidride carbonica atmosferica associata a Snowball Earth. La modellazione iniziale prevedeva che sarebbe stato necessario dimezzare l'anidride carbonica atmosferica per portare la terra nello stato Snowball.
Il fiume Columbia è stato eroso dai depositi lasciati da una passata eruzione vulcanica del LIP. Credito:www.shutterstock.com
Per fare questo, abbiamo misurato diverse forme (note come isotopi) dell'elemento delle terre rare neodimio (Nd) che tracciano l'erosione del basalto nelle rocce sedimentarie. Ci siamo particolarmente concentrati sul contributo del basalto eroso negli scisti, che sono formazioni rocciose create dall'erosione continentale.
Anche, abbiamo misurato gli isotopi dell'elemento stronzio (Sr) nei calcari, che registrano la composizione chimica dell'acqua marina antica.
Da questo lavoro abbiamo scoperto che l'erosione basaltica appena prima della Snowball Earth, era più del 100% maggiore di quello che vediamo oggi.
Questo basalto proveniva da tre importanti LIP, che eruttò in una sequenza a cascata a partire da 830 milioni di anni fa in Australia, 780 milioni di anni fa in Nord America e 720 milioni di anni fa nel nord del Canada. Tutti e tre questi LIP sono scoppiati in quella che allora era la regione equatoriale, che favorisce una rapida erosione a causa delle temperature più calde e delle maggiori precipitazioni.
Finalmente, l'impatto degli aerosol di zolfo rilasciati dalla grande provincia ignea di Franklin nel nord del Canada appena prima dell'inizio dei ghiacciai potrebbe aver indotto anche un ulteriore raffreddamento globale.
È probabile che questa singolare confluenza di eventi abbia permesso al pianeta di precipitare in un abisso ghiacciato.
Eruzione del Gairdner, Gunbarrel e Franklin grandi province ignee nei tropici umidi prima dell'inizio della grave glaciazione globale. I continenti sono mostrati nelle loro posizioni approssimative 720 milioni di anni fa.
Interazioni complesse nel sistema Terra
I livelli di anidride carbonica nell'atmosfera e il clima globale sono regolati per lunghi periodi di tempo dall'erosione delle rocce. Nel corso del tempo geologico (centinaia di migliaia di anni) questo processo agisce come un feedback negativo sull'aumento dell'anidride carbonica atmosferica. Quando le temperature più elevate determinano tassi di invecchiamento più elevati, agisce come una sorta di termostato per la Terra.
Però, questo lavoro dimostra che a volte il termostato terrestre può guastarsi in modo spettacolare:l'eruzione delle labbra ha provocato una palla di neve.
Questo periodo di tempo è durato da 720 a 635 milioni di anni fa ed è noto come criogeniano. È un momento di disgregazione continentale e segna un'importante transizione da un mondo dominato dai batteri a un mondo dominato da una vita più complessa.
Ciò evidenzia la complessità del sistema terrestre e le interazioni inaspettate tra vulcanismo, clima e vita.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale. 
