Circa 250 milioni di anni fa, molto prima che i dinosauri vagassero per la terra, il riscaldamento globale e gli oceani acidi causati dalla rapida emissione vulcanica delle trappole siberiane portarono all'estinzione di massa del Permiano-Triassico, che portò all'eliminazione di oltre il 95% della fauna marina e 70 % della vita terrestre.

Poi Madre Natura ha fatto quello che sa fare meglio:rifornirsi. Ma perché ci ha messo così tanto a farlo?

Questo è ciò che un team internazionale di ricercatori guidato dal professor Xiao-Ming Liu (Università della Carolina del Nord, Scienze della Terra, del Mare e dell'Ambiente), il suo dottorato di ricerca. la studentessa Cheng Cao (ora borsista post-dottorato, Università di Nanchino) e il suo ex borsista post-dottorato Clément P. Bataille (ora Professore Associato, Scienze della Terra e dell'Ambiente presso l'Università di Ottawa), hanno studiato nell'arco di sei anni. Le loro scoperte sono pubblicate oggi su Nature Geoscience .

Dove il sostituto assume un ruolo principale

Il loro studio dimostra l'incredibile connessione tra la vita, il clima e la capacità della Terra di reintegrarsi, insieme all'impatto che la scomparsa di un singolo organismo (in questo caso, un unico gruppo di minuscoli organismi marini, i radiolari) ha contribuito a rendere la Terra quasi inabitabile per milioni di anni.

Il loro messaggio principale è che ogni singolo organismo su questo pianeta svolge un ruolo a volte nascosto ma fondamentale per regolare i cicli biogeochimici e che dovrebbe incoraggiarci ad appoggiarci alla conservazione e alla gestione del nostro pianeta.

Ci siamo incontrati con il professor Bataille per saperne di più su questo studio e il suo impatto:

Professor Bataille, mi spieghi qual è stata la sua grande scoperta.

Clément Bataille: Con questo studio, proponiamo una soluzione per spiegare il prolungato recupero della vita dopo l'evento di estinzione di massa più grave, l'estinzione di massa del Permiano-Triassico (l'estinzione del Permiano è stata causata dalla massiccia eruzione vulcanica delle Trappole Siberiane e dal riscaldamento associato e dall'oceano acidificazione che ha eliminato oltre il 95% delle specie marine e il 70% di quelle terrestri.).

Per decenni, gli scienziati sono rimasti perplessi dall'assenza di recupero della vita dopo questa estinzione di massa, combinata con la persistenza di condizioni ambientali abitabili sul pianeta. I tipici meccanismi di regolazione osservati dopo altri eventi di estinzione di massa, in particolare gli agenti atmosferici chimici, sembravano non essere riusciti a riportare la Terra a condizioni più abitabili dopo l'estinzione di massa del Permiano-Triassico. Ci sono voluti più di 5 milioni di anni dopo la fine del massiccio vulcanismo delle trappole siberiane perché la vita si riprendesse nel Triassico inferiore. Dimostriamo che questo prolungato recupero può essere spiegato da un aumento degli agenti atmosferici inversi nell'oceano guidato dall'estinzione di piccoli microrganismi chiamati radiolari. Questo meccanismo poco studiato avrebbe mantenuto un clima caldo in serra e oceani acidi per milioni di anni, impedendo alla vita di riprendersi. Solo quando quei radiolari sono riapparsi dopo diversi milioni di anni, la Terra è potuta tornare alle condizioni abitabili e alla vita riprendersi completamente.

Quando e dove si è svolta questa ricerca?

CB: Questa ricerca si è svolta tra il 2016 e il 2022. La maggior parte delle analisi sono state condotte nel laboratorio di Xiao-Ming Liu presso il Dipartimento di Scienze della Terra, del Mare e dell'Ambiente, l'Università della Carolina del Nord, tra il 2016 e il 2019 da Cheng Cao e Clément P. Bataille. La modellazione è stata eseguita da Cheng Cao tra il 2018 e il 2020. Il documento è stato scritto in diverse iterazioni tra il 2020 e il 2021 da Cheng Cao, Clément P. Bataille e Xiao-Ming Liu. I risultati sono stati così sorprendenti che ci sono voluti diversi anni per difendere adeguatamente la nostra ipotesi.

Quali sono le tue scoperte principali? Cosa viene spiegato che prima non sapevamo o non capivamo?

CB: L'estinzione di massa del Permiano-Triassico (251,9 milioni di anni fa), chiamata anche colloquialmente la Grande Morte, è il più grande evento di estinzione di massa conosciuto nella storia del nostro pianeta. Durante questo evento, la maggior parte delle specie marine e terrestri scomparve in breve tempo. Questo evento di estinzione di massa è stato innescato da un massiccio vulcanismo, le trappole siberiane, che emettevano quantità gigantesche di gas serra, aumentando l'anidride carbonica nell'atmosfera, innalzando la temperatura e acidificando gli oceani. Tuttavia, a differenza di altri eventi di estinzione di massa in cui la vita si è ripresa rapidamente e si è diversificata, ci sono voluti più di 5 milioni di anni prima che la vita si riprendesse da questa estinzione di massa. Le condizioni marine e terrestri sono rimaste inospitali per la vita con temperature costantemente calde, acidificazione degli oceani e anossia oceanica ricorrente per milioni di anni.

La persistenza di queste condizioni ha lasciato perplessi gli scienziati per anni perché l'attività vulcanica delle trappole siberiane si è interrotta dopo poche centinaia di migliaia di anni. Di solito, quando l'emissione si interrompe, la Terra ha un meccanismo chiamato alterazione chimica che agisce per riportare il clima a condizioni più abitabili. Gli agenti atmosferici chimici comprendono tutte le reazioni che alterano le rocce sulla superficie della Terra. Quando le rocce vengono alterate, rilasciano del calcio, che una volta trasportato nell'oceano può combinarsi con l'anidride carbonica per formare carbonati. Con questo meccanismo, la Terra regola il suo clima, perché quando il pianeta si riscalda, le rocce si invecchiano più velocemente e nell'oceano si depositano più rocce carbonatiche, diminuendo infine l'anidride carbonica atmosferica e raffreddando il clima.

Tuttavia, durante il Triassico inferiore, nonostante le prove di un aumento degli agenti atmosferici chimici, questo meccanismo non è riuscito a ridurre l'anidride carbonica atmosferica, il clima è rimasto molto caldo e gli oceani sono rimasti acidi, impedendo il ritorno della vita. In questo studio, siamo riusciti a conciliare queste osservazioni contraddittorie per spiegare perché le condizioni ambientali sono rimaste inabitabili per così tanto tempo dopo l'estinzione di massa che ha quasi portato alla scomparsa della vita sulla Terra.

E come è stata condotta questa ricerca?

CB: In questo studio, abbiamo utilizzato gli isotopi di litio nei carbonati marini del Permiano e del Triassico inferiore per ricostruire gli isotopi di litio nell'oceano durante quel periodo. Gli isotopi sono le diverse forme di un elemento che esistono in natura e la proporzione di questi isotopi nei substrati fornisce informazioni sui processi che avvengono sulla Terra. Le rocce carbonatiche precipitano direttamente dall'oceano e potrebbero preservare la composizione isotopica dell'oceano del periodo durante il quale si sono formate. La nostra idea iniziale quando abbiamo utilizzato gli isotopi di litio era di ottenere alcune informazioni sui processi di alterazione chimica che si verificano sulla terra durante il periodo Permiano-Triassico.

È noto che la composizione degli isotopi del litio nell'oceano risponde ai cambiamenti degli agenti atmosferici chimici sulla terra perché gli isotopi vengono discriminati durante le reazioni chimiche degli agenti atmosferici. Tuttavia, quando abbiamo analizzato gli isotopi di litio in quegli antichi carbonati, abbiamo scoperto che la composizione degli isotopi di litio nell'oceano è diminuita drasticamente appena prima dell'estinzione e è rimasta a valori estremamente bassi per tutto il Triassico inferiore. Per prima cosa abbiamo verificato che questo segnale fosse reale assicurandoci di registrare la composizione isotopica originale dei periodi Permiano-Triassico.

Una volta confermato ciò, non siamo stati in grado di spiegare la composizione isotopica del litio molto bassa osservata nell'oceano per questo periodo invocando solo i cambiamenti negli agenti atmosferici chimici terrestri. Qualcos'altro doveva essere in gioco. Quindi abbiamo concentrato la nostra attenzione su un altro meccanismo, molto meno studiato, chiamato reverse weathering, che sapevamo avrebbe potuto avere un grande impatto sulla composizione degli isotopi marini del litio. L'erosione inversa si verifica sul fondo dell'oceano e consiste nella formazione di argille marine per precipitazione di silice e altri cationi disciolti nell'acqua di mare.

Tuttavia, affinché questa reazione di alterazione degli agenti atmosferici avvenga a una velocità elevata, l'oceano deve avere alte concentrazioni di silice disciolta. Nell'oceano moderno, la concentrazione di silice disciolta è molto bassa perché piccoli organismi chiamati silicizzanti (diatomee) assorbono quasi tutta questa silice per formare i loro gusci. Queste basse concentrazioni di silice limitano considerevolmente le reazioni di invecchiamento inverso che si verificano sul fondo dell'oceano. Tuttavia, abbiamo notato che durante il tardo Permiano, quei piccoli organismi silicizzanti si estinsero. Una volta che questi organismi si sono estinti, la silice disciolta nell'oceano aumenta rapidamente e nulla ha impedito all'oceano di formare enormi quantità di argille marine (cioè aumentare i tassi di alterazione degli agenti atmosferici).

Sebbene le reazioni di invecchiamento inverso consumino silice disciolta, sfortunatamente emettono anche anidride carbonica. Pertanto, con l'aumento delle reazioni di agenti atmosferici inversi, sono aumentati anche i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera mantenendo il riscaldamento globale e l'acidificazione degli oceani anche dopo che i vulcani Siberian Traps hanno smesso di emettere anidride carbonica. Poiché questi piccoli silicizzanti non si sono ripresi fino a più di 5 milioni di anni dopo l'evento di estinzione di massa del Permiano-Triassico, i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera sono rimasti elevati, l'acidificazione degli oceani è persistita e le condizioni ambientali sono rimaste in gran parte abitabili. È interessante notare che ciò potrebbe essersi verificato anche se il tasso di agenti atmosferici chimici sulla terraferma fosse stato elevato, spiegando l'osservazione paradossale dell'alto tasso di agenti atmosferici e del clima serra del Triassico inferiore. Durante il Triassico inferiore, la Terra non è riuscita a ridurre gli elevati livelli di anidride carbonica nell'atmosfera perché gli agenti atmosferici inversi continuavano a emettere grandi quantità di anidride carbonica.

C'è qualcosa che vorresti aggiungere?

CB: Questo studio dimostra gli incredibili collegamenti e feedback tra vita, clima e abitabilità della Terra. È sorprendente pensare a come la scomparsa di un solo gruppo di minuscoli organismi marini (radiolari), abbia contribuito a rendere la Terra quasi inabitabile per milioni di anni. È una grande lezione per i nostri tempi moderni. Gli esseri umani stanno attualmente contribuendo alla sesta estinzione di massa. Tra la scomparsa di specie iconiche come i grandi mammiferi terrestri, stanno scomparendo centinaia di altre specie non studiate. Dovremmo tenere a mente che ogni singolo organismo su questo pianeta può svolgere un ruolo nascosto ma fondamentale per regolare i cicli biogeochimici. Dovrebbe incoraggiare ognuno di noi ad agire per la conservazione e la gestione della nostra bella casa. + Esplora ulteriormente

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