Immagina un enorme vulcano in eruzione nel nord-ovest del Pacifico, versando lava su Washington, Oregon e Idaho. Immagina la lava che fuoriesce fino a riempire le valli dei fiumi. Finché cespugli e arbusti non vengono seppelliti nella roccia liquida. Fino a quando gli alberi più alti non sono completamente coperti.

Circa 16 milioni di anni fa, è successo.

La lava eruttò a impulsi, alla fine seppellendo la regione all'altezza di un edificio di 30 piani. Se la lava fosse stata distribuita uniformemente sui 48 stati inferiori invece di rimanere concentrata nel nord-ovest, coprirebbe il paese fino a una profondità di circa 80 piedi.

Prima di adesso, la maggior parte dei geologi credeva che ci fossero voluti quasi 2 milioni di anni per eruttare tutta quella lava, noti collettivamente come "basalti alluvionali del fiume Columbia". Ma i ricercatori di Princeton stanno pubblicando oggi risultati che mostrano che è successo più del doppio di quanto si credesse in precedenza, con il 95 percento in eruzione entro un 750, Finestra di 000 anni.

I basalti alluvionali hanno affascinato i geologi per secoli. Come i più grandi eventi vulcanici sulla Terra, sono stati implicati in estinzioni di massa, come il più grande evento di estinzione nella storia della Terra, 252 milioni di anni fa. Non c'è stata estinzione di massa 16 milioni di anni fa, ma c'era un grande evento climatico in quel periodo, noto come Mid-Miocene Climate Optimum (MMCO), un evento di riscaldamento globale con alte temperature ed elevati livelli di anidride carbonica atmosferica.

Gli stessi vulcani che eruttano roccia liquida eruttano anche gas serra, quindi i geologi si sono chiesti se ci fosse una connessione tra i basalti alluvionali e l'evento di riscaldamento globale MMCO. Un solo problema:prima d'ora, nessuno era abbastanza sicuro dei tempi dei basalti del fiume Columbia.

"Per rispondere alla domanda se i basalti alluvionali del fiume Columbia abbiano causato l'MMCO, dobbiamo conoscere i tempi delle eruzioni e dei cambiamenti climatici nel modo più preciso possibile, " ha detto Blair Schoene, professore associato di geoscienze.

"Per dirla semplicemente, la gente non sapeva esattamente quando o per quanto tempo il Columbia River Basalt Group ha eruttato, che ha reso difficile esplorare una relazione causale con l'MMCO, " ha detto Jennifer Kasbohm, uno studente laureato e autore principale dell'articolo apparso oggi sulla rivista Progressi scientifici .

Per aiutare a spiegare la portata delle eruzioni, Kasbohm ha tracciato un parallelo con l'eruzione Eyjafjallajökull del 2010 in Islanda. "L'eruzione islandese ha chiuso gli aeroporti in Europa per una settimana, che colpisce 10 milioni di viaggiatori, e ci sono state interruzioni periodiche delle compagnie aeree per il mese successivo, " ha detto. "Ora immagina di avere una di quelle eruzioni islandesi ogni 8 mesi per 750, 000 anni di fila, e questo ti darebbe il nostro tasso di eruzione previsto per i basalti del fiume Columbia."

Tre studenti universitari hanno accompagnato Kasbohm e Schoene in laboratorio e sul campo, contribuendo alla loro ricerca mentre completano i propri progetti:Josh Murray della classe del 2018, Sam Bartusek '20 e Kyle Duffey '19. "Il progetto ha previsto sette settimane di lavoro sul campo, con molti giorni oltre i 100 gradi Fahrenheit, " disse Kasbohm. "Abbiamo incontrato una manciata di serpenti a sonagli, numerosi ragni, gente del posto cordiale e disponibile, e siamo riusciti a stare un passo avanti agli incendi boschivi nella regione".

Cercavano zirconi, minuscoli minerali contenenti tracce di uranio. Col tempo, il materiale naturalmente radioattivo decade in piombo, così i geologi possono usare il rapporto tra uranio e piombo per calcolare esattamente quanti anni ha lo zircone. Sfortunatamente per i geologi, i flussi di lava basaltica come i basalti alluvionali del fiume Columbia non hanno la chimica giusta per produrre zirconi, così fino ad ora, i geologi hanno dovuto accontentarsi di date con incertezze di oltre un milione di anni, prodotto con altri metodi di datazione.

"Per verificare un nesso causale tra clima ed eruzioni, un milione di anni non è abbastanza, " disse Schoene.

I ricercatori hanno aggirato la mancanza di zirconi nelle rocce laviche osservando strati di cenere vulcanica tra gli strati di basalto. La cenere proveniva dai vicini vulcani Cascade (compreso il Monte Sant'Elena), che contengono zirconi ed eruttavano all'incirca nello stesso periodo delle lave massicce.

Nel loro laboratorio a Princeton, Kasbohm e Schoene hanno separato zirconi di 0,1 mm dalle rocce di 16 milioni di anni, misurato i rapporti isotopici di uranio e piombo, e ha fissato le età dei singoli flussi di lava entro poche decine di migliaia di anni. "Quella precisione è fondamentalmente la migliore che puoi fare con qualsiasi cronometro per campioni di questa età, anche se 10, 000 anni sembrano tanti, quindi il nostro metodo è il gold standard, " lei disse.

"Questo è il documento più significativo uscito sui basalti alluvionali del fiume Columbia in un decennio o due, " ha detto Stephen Reidel, un professore di geologia alla Washington State University-Tri-Cities, che ha studiato queste colate laviche dal 1972 e ha contribuito all'analisi di questa ricerca. "Jenn e Blair meritano molti complimenti per aver pensato di guardare gli zirconi nei letti di cenere tra i flussi.... Certo, ora dovremo tornare indietro e ricalcolare tutto ciò che utilizzava la vecchia linea temporale o il tasso di eruzione. Va bene, fa parte del divertimento".

Con la loro cronologia più precisa, Kasbohm e Schoene hanno ora dimostrato che il cambiamento climatico preistorico è iniziato molto vicino all'inizio delle eruzioni, ma è necessario ulteriore lavoro per definire la connessione tra loro.

Questo evento di cambiamento climatico di 16 milioni di anni è l'ultima volta che le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera hanno superato le 400 parti per milione, fino all'ultimo decennio.

"Il MMCO potrebbe essere un parallelo con il nostro clima attuale, e un ulteriore lavoro che investiga i tempi e la durata di quell'evento ci dirà di più su come possiamo aspettarci che la Terra si riprenda dal cambiamento climatico antropogenico, " ha detto Kasbohm. Per esempio, se il clima è rimasto caldo per un milione di anni dopo che i vulcani hanno smesso di eruttare, come ora sembra possibile, ciò potrebbe avere implicazioni significative per prevedere per quanto tempo l'atmosfera risponderà al riscaldamento globale causato dall'uomo.

"Il tempo conta, " disse Kasbohm, "se stiamo cercando di conoscere il passato della Terra o il suo futuro. È molto incoraggiante usare minuscoli minerali per raccontare la storia di queste rocce voluminose".

L'articolo, "Rapida eruzione del basalto alluvionale del fiume Columbia e correlazione con l'optimum del clima di metà Miocene, " è pubblicato nel numero del 19 settembre di Progressi scientifici .