Né i continenti né gli oceani hanno sempre avuto l'aspetto che hanno adesso. Queste “paleomappe” mostrano come apparivano i continenti e gli oceani prima (in alto) e durante (in basso) “la collisione che ha cambiato il mondo, ” quando la massa continentale che ora è il subcontinente indiano si abbatté verso nord in Asia, chiudendo il mare di Tetide e costruendo l'Himalaya. I livelli globali degli oceani erano più alti allora, creando mari poco profondi salati (azzurro pallido) che coprivano gran parte del Nord Africa e parti di ciascuno dei continenti. Un team di ricercatori di Princeton, utilizzando campioni raccolti presso le tre sedi stellate, ha creato un record senza precedenti di azoto oceanico e livelli di ossigeno da 70 milioni di anni fa a 30 milioni di anni fa che mostra un importante cambiamento nella chimica dell'oceano dopo la collisione India-Asia. Un altro cambiamento è avvenuto 35 milioni di anni fa, quando l'Antartide ha iniziato ad accumulare ghiaccio e il livello del mare globale è sceso. Credito:immagini create da Emma Kast, Università di Princeton, utilizzando ricostruzioni paleogeografiche da Deep Time Maps, con il loro permesso
Quando la massa continentale che ora è il subcontinente indiano si abbatté sull'Asia circa 50 milioni di anni fa, la collisione ha cambiato la configurazione dei continenti, il paesaggio, clima globale e altro ancora. Ora un team di scienziati dell'Università di Princeton ha identificato un altro effetto:l'ossigeno negli oceani del mondo è aumentato, alterare le condizioni di vita.
"Questi risultati sono diversi da tutto ciò che le persone hanno visto in precedenza, " ha detto Emma Kast, uno studente laureato in geoscienze e l'autore principale di un articolo uscito su Science il 26 aprile. "L'entità del cambiamento ricostruito ci ha colti di sorpresa".
Kast ha usato conchiglie microscopiche per creare un record di azoto oceanico per un periodo da 70 milioni di anni fa, poco prima dell'estinzione dei dinosauri, fino a 30 milioni di anni fa. Questo record è un enorme contributo al campo degli studi sul clima globale, disse John Higgins, un professore associato di geoscienze a Princeton e coautore del documento.
"Nel nostro campo, ci sono record che consideri fondamentali, che devono essere spiegati da ogni sorta di ipotesi che voglia fare connessioni biogeochimiche, " Ha detto Higgins. " Quelli sono pochi e lontani tra loro, in parte perché è molto difficile creare dischi che vanno molto indietro nel tempo. Rocce di cinquanta milioni di anni non rinunciano volentieri ai loro segreti. Considererei sicuramente il record di Emma come uno di quei record fondamentali. Da ora in poi, le persone che vogliono confrontarsi con il modo in cui la Terra è cambiata negli ultimi 70 milioni di anni dovranno confrontarsi con i dati di Emma".
Oltre ad essere il gas più abbondante nell'atmosfera, l'azoto è la chiave di tutta la vita sulla Terra. "Studio l'azoto per poter studiare l'ambiente globale, " ha detto Daniel Sigman, Dusenbury professore di scienze geologiche e geofisiche di Princeton e autore senior del documento. Sigman ha avviato questo progetto con Higgins e l'allora ricercatore post-dottorato di Princeton Daniel Stolper, che ora è assistente professore di Scienze della Terra e planetarie presso l'Università della California-Berkeley.
Ogni organismo sulla Terra richiede azoto "fisso", a volte chiamato "azoto biologicamente disponibile". L'azoto costituisce il 78% dell'atmosfera del nostro pianeta, ma pochi organismi possono "ripararlo" convertendo il gas in una forma biologicamente utile. Negli oceani, i cianobatteri nelle acque superficiali fissano l'azoto per tutte le altre forme di vita oceanica. Mentre i cianobatteri e le altre creature muoiono e affondano verso il basso, si decompongono.
L'azoto ha due isotopi stabili, 15 N e 14 N. In acque povere di ossigeno, la decomposizione consuma azoto "fisso". Ciò si verifica con una leggera preferenza per l'isotopo di azoto più leggero, 14 N, quindi l'oceano è 15 N-a- 14 Il rapporto N riflette i suoi livelli di ossigeno.
Quel rapporto è incorporato in minuscole creature marine chiamate foraminiferi durante la loro vita, e poi conservati nei loro gusci quando muoiono. Analizzando i loro fossili, raccolti dall'Ocean Drilling Program nell'Atlantico settentrionale, Pacifico settentrionale, e Sud Atlantico:Kast e i suoi colleghi sono stati in grado di ricostruire il 15 N-a- 14 N rapporto dell'antico oceano, e quindi identificare i cambiamenti passati nei livelli di ossigeno.
L'ossigeno controlla la distribuzione degli organismi marini, con acque povere di ossigeno che sono dannose per la maggior parte della vita oceanica. Molti eventi del riscaldamento climatico del passato hanno causato diminuzioni dell'ossigeno oceanico che hanno limitato gli habitat delle creature marine, dal microscopico plancton ai pesci e alle balene che se ne nutrono. Gli scienziati che cercano di prevedere l'impatto del riscaldamento globale attuale e futuro hanno avvertito che bassi livelli di ossigeno oceanico potrebbero decimare gli ecosistemi marini, comprese importanti popolazioni ittiche.
Quando i ricercatori hanno messo insieme il loro record geologico senza precedenti di azoto oceanico, hanno scoperto che nei 10 milioni di anni dopo l'estinzione dei dinosauri, il rapporto 15N-a-14N era alto, suggerendo che i livelli di ossigeno dell'oceano erano bassi. Inizialmente pensavano che il clima caldo del tempo fosse responsabile, poiché l'ossigeno è meno solubile in acqua più calda. Ma il tempismo raccontava un'altra storia:il passaggio all'ossigeno oceanico più alto si è verificato circa 55 milioni di anni fa, in un periodo di clima continuamente caldo.
"Contrariamente alle nostre prime aspettative, il clima globale non è stata la causa principale di questo cambiamento nell'ossigeno oceanico e nel ciclo dell'azoto, " disse Kast. Il colpevole più probabile? La tettonica a zolle. La collisione dell'India con l'Asia, soprannominata "la collisione che ha cambiato il mondo" dal leggendario geoscienziato Wally Broecker, un fondatore della moderna ricerca sul clima, ha chiuso un antico mare chiamato Tethys, disturbando le piattaforme continentali e le loro connessioni con l'oceano aperto.
"Nel corso di milioni di anni, i cambiamenti tettonici hanno il potenziale per avere effetti massicci sulla circolazione oceanica, " ha detto Sigman. Ma questo non significa che il cambiamento climatico possa essere scontato, Ha aggiunto. "Su scale temporali da anni a millenni, il clima ha il sopravvento".
"Evidenze isotopiche dell'azoto per la subossia oceanica espansa nel primo Cenozoico, " di Emma R. Kast, Daniel A. Stolper, Alexandra Auderset, John A. Higgins, Haojia Ren, Xingchen T. Wang, Alfredo Martínez-Garcia, Gerald H. Haug e Daniel M. Sigman, appare nel numero del 26 aprile di Scienza ed è stato rilasciato online il 25 aprile.
