Le foglie fossili dell'Africa hanno risolto un enigma climatico preistorico e confermano anche il legame tra l'anidride carbonica nell'atmosfera e il riscaldamento globale.

La ricerca fino ad ora ha prodotto una varietà di risultati e dati contrastanti che hanno messo in dubbio il legame tra alti livelli di anidride carbonica e cambiamenti climatici per un intervallo di tempo di circa 22 milioni di anni fa.

Ma un nuovo studio ha scoperto che il collegamento esiste davvero per quel periodo di tempo preistorico, dicono i ricercatori della Southern Methodist University, Dallas.

La scoperta aiuterà gli scienziati a capire come gli aumenti recenti e futuri della concentrazione di anidride carbonica atmosferica potrebbero avere un impatto sul futuro del nostro pianeta, dicono i ricercatori SMU.

La scoperta arriva da nuove analisi biochimiche di foglie fossili di piante cresciute sulla Terra 27 milioni di anni fa e 22 milioni di anni fa.

Le nuove analisi confermano la ricerca sul clima moderno - che le temperature globali salgono e scendono con aumenti e diminuzioni di anidride carbonica nella nostra atmosfera - ma in questo caso anche in epoca preistorica, secondo il team di ricerca internazionale guidato da SMU.

L'anidride carbonica è un gas normalmente presente nell'atmosfera terrestre, anche milioni di anni fa. È soprannominato un gas serra perché concentrazioni maggiori fanno aumentare la temperatura complessiva dell'atmosfera terrestre, come accade in una serra con molta luce solare.

Recentemente, l'aumento dei gas serra ha causato il riscaldamento globale, che sta sciogliendo i ghiacciai, innescando un'estrema variabilità meteorologica e provocando l'innalzamento del livello del mare.

La nuova scoperta della SMU secondo cui l'anidride carbonica si comportava milioni di anni fa nello stesso modo in cui si comporta oggi ha implicazioni significative per il futuro. La scoperta suggerisce che l'abbinamento tra anidride carbonica e riscaldamento globale che si vede oggi vale anche per il futuro se i livelli di anidride carbonica continuano ad aumentare come sono stati, disse il geologo Tekie Tesfamichael, scienziato capo della ricerca.

"Più comprendiamo la relazione tra le concentrazioni di anidride carbonica atmosferica e la temperatura globale in passato, più possiamo pianificare i cambiamenti in anticipo, " disse Tesfamichael, un borsista post-dottorato SMU in Scienze della Terra.

"Il lavoro precedente ha riportato una varietà di risultati e dati contrastanti sulle concentrazioni di anidride carbonica nei due intervalli di tempo che abbiamo studiato, " ha detto. "Ma un controllo più stretto sull'età dei nostri fossili ci ha aiutato a stabilire se la concentrazione atmosferica di anidride carbonica corrispondesse o meno al riscaldamento, che a sua volta è ben documentato in studi geochimici sui fossili marini nei sedimenti oceanici".

I ricercatori hanno riportato i loro risultati in Geologia , la rivista scientifica della Geological Society of America, nell'articolo "Risolvere il problema del 'disaccoppiamento' tra anidride carbonica atmosferica e temperatura globale:[CO ₂ ]ricostruzioni atm attraverso il riscaldamento del divario Paleogene-Neogene."

I coautori del Roy M. Huffington Dipartimento di Scienze della Terra della SMU sono i professori Bonnie Jacobs, esperto di paleobotanica e paleoclima, e Neil Tabor, esperto in sedimentologia e geochimica sedimentaria.

Altri coautori sono Lauren Michel, Università tecnologica del Tennessee; Elena Currano, Università del Wyoming; Mulugeta Feseha, Università di Addis Abeba; Richard Barclay, Istituto Smithsonian; John Kappelman, Università del Texas; e Mark Schmitz, Università statale di Boise.

Scoperta di rari, foglie fossili ben conservate consentono di trovare

I risultati sono stati possibili grazie alla rara scoperta di due siti con foglie fossili straordinariamente ben conservate di piante da fiore degli altopiani etiopi dell'Africa orientale.

Foglie fossili così ben conservate sono una rarità, disse Tesfamichael.

"Trovare due siti con grande conservazione nella stessa regione geografica da due importanti intervalli di tempo è stato molto fortunato, poiché questo ci ha permesso di affrontare la domanda che avevamo sulla relazione tra la concentrazione atmosferica di anidride carbonica e le temperature globali, " Egli ha detto.

Gli scienziati sanno che le variazioni nella concentrazione di anidride carbonica atmosferica influenzano la fissazione del carbonio nelle foglie durante la fotosintesi. Ciò fa sì che le foglie sviluppino cambiamenti anatomici e fisiologici come la frequenza e la dimensione degli stomi, i pori sulla superficie di una foglia attraverso i quali passa il carbonio.

Gli scienziati possono misurare questi attributi, tra gli altri, nelle foglie fossili, in modo che i fossili di foglie possano essere usati come proxy per la storia dell'anidride carbonica atmosferica della Terra.

I siti che producono le foglie per lo studio SMU sono stati scoperti separatamente negli anni passati, ma le principali collezioni di fossili sono state prodotte attraverso il lavoro sul campo coordinato dal team di ricerca SMU e dai loro coautori, che da diversi anni collaborano a questo progetto.

Il lavoro ha avuto finanziamenti dalla National Science Foundation, Il National Geographic Committee for Research and Exploration, il programma SMU Ford Fellowship, Consiglio della ricerca dell'UMS, l'Istituto per lo Studio della Terra e dell'Uomo, e la borsa di studio Frank Crane della Dallas Paleontological Society.

I fossili sono conservati permanentemente nelle collezioni del Museo Nazionale dell'Etiopia ad Addis Abeba. Il sostegno istituzionale e governativo è venuto dal Museo Nazionale dell'Etiopia, l'Autorità per la Ricerca e la Conservazione dei Beni Culturali, e l'Università di Addis Abeba.

Studi precedenti hanno stabilito con fermezza una differenza di temperatura

Uno dei siti risale alla fine dell'Oligocene, e l'altro al primo Miocene.

Precedenti studi che hanno misurato le temperature oceaniche di tutto il mondo per i due intervalli hanno stabilito con fermezza una differenza di temperatura sulla Terra tra i due tempi, con uno molto più caldo dell'altro. Quindi lo studio SMU ha cercato di misurare i livelli di anidride carbonica per i due periodi di tempo.

Per le analisi SMU, foglie fossili di una singola specie sono state raccolte dal sito del tardo Oligocene, vecchio di 27 milioni di anni. Le foglie erano state depositate durante la preistoria nell'area di Chilga, nell'Etiopia nordoccidentale, molto probabilmente sulla sponda di un fiume. Il clima della Terra durante il tardo Oligocene potrebbe essere stato un po' più caldo di oggi, sebbene i ghiacciai si stessero formando sull'Antartide. Lo studio SMU ha rilevato livelli di anidride carbonica, in media, circa 390 parti per milione, su ciò che è sulla Terra oggi.

Le foglie fossili delle specie di 22 milioni di anni del primo Miocene sono state raccolte da antichi depositi lacustri, ora una roccia chiamata scisto, dall'odierna Mush Valley nell'Etiopia centrale. Il clima del primo Miocene a quel tempo era più caldo del tardo Oligocene e allo stesso modo lo studio SMU ha riscontrato livelli più elevati di anidride carbonica. L'anidride carbonica atmosferica era di circa 870 parti per milione, il doppio di quello che c'è oggi sulla Terra.

Lo studio SMU ha confermato una relazione tra l'anidride carbonica e la temperatura durante il tardo Oligocene e l'inizio del Miocene.

I dati del paleoclima possono aiutare a prevedere il clima futuro del nostro pianeta

Sebbene l'anidride carbonica non sia l'unico fattore che influenza il clima della Terra o la temperatura media globale, è ampiamente considerato dagli scienziati tra i più significativi. Si sa molto sui cambiamenti climatici e sul riscaldamento globale, ma le domande restano.

"Uno di questi è 'Qual è la sensibilità della temperatura della Terra alla concentrazione di anidride carbonica? È molto sensibile? Non è così sensibile?' La stima della temperatura e delle concentrazioni di anidride carbonica per periodi nel passato può aiutare a trovare la risposta a questa domanda, " ha detto Jacobs. "C'è molto lavoro sul paleoclima in generale, ma non tanto sulla relazione tra anidride carbonica e temperatura".

Il ritrovamento è importante.

"La quantità di cambiamento di temperatura durante questo intervallo è approssimativamente all'interno dell'intervallo del cambiamento di temperatura stimato dai modelli climatici per il nostro prossimo secolo, dato un raddoppio della concentrazione di anidride carbonica dalla rivoluzione industriale, "ha detto Jacobs.

Con il nuovo modello che riafferma il rapporto preistorico, gli scienziati possono ora esaminare le domande correlate, ha detto la scienziata del cambiamento climatico Lauren Michel, che ha lavorato allo studio come ricercatore post-dottorato presso SMU.

"Rispondendo alle domande sul tasso di cambiamento e su quali fattori sono cambiati per primi, Per esempio, alla fine fornirà un'immagine più chiara dei modelli di cambiamento climatico della Terra, "Michel ha detto. "Penso che sia prezioso capire la relazione tra gas serra e fattori climatici rappresentati nel record rock in modo che possiamo avere un'idea migliore di cosa possiamo aspettarci in futuro e come possiamo prepararci per questo".

Lo studio SMU conferma la relazione che i metodi precedenti trascuravano

Precedenti studi hanno trovato poca o nessuna correlazione tra la temperatura e l'anidride carbonica per il tardo Oligocene e l'inizio del Miocene. Ciò ha sconcertato i ricercatori del paleoclima per almeno un decennio.

"Abbiamo un buon scenario di prova con queste piante ben conservate da entrambi i periodi di tempo, dove conosciamo una fetta di tempo, con livelli più elevati di anidride carbonica, era un clima globalmente più caldo dell'altro, " disse Tesfamichael.

"È stato un enigma il motivo per cui i metodi precedenti non hanno trovato alcuna relazione, o una correlazione inversa, ", ha detto. "Pensiamo che sia per la mancanza del proxy ben datato, come le nostre foglie fossili di due tempi precisi nella stessa regione, che forniscono una risposta affidabile. O, forse i modelli stessi avevano bisogno di miglioramenti."

Studi precedenti hanno utilizzato metodologie che differivano dallo studio SMU, sebbene tutti i metodi (proxy) incorporino alcuni aspetti di ciò che è noto sugli organismi viventi e su come interagiscono con l'anidride carbonica atmosferica.

Alcuni studi si basano su modelli biochimici della relazione tra fossili marini unicellulari e anidride carbonica atmosferica, e altri si basano sulla relazione tra stomi e concentrazione di anidride carbonica atmosferica osservata nei parenti viventi di particolari specie di piante fossili.

"Ogni metodo ha i suoi presupposti, " ha detto Tesfamichael. "Vedremo se i nostri risultati reggeranno con ulteriori studi di questo intervallo di tempo utilizzando la stessa metodologia che abbiamo usato".