Come sopravvissero piante e animali circa 200 milioni di anni fa, quando la concentrazione di anidride carbonica salì a 6.000 parti per milione? Paul Olsen, geologo e paleontologo presso il Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia Climate School, ci ha illustrato ciò che gli scienziati sanno sui livelli di anidride carbonica nel tempo.

Anche se nessuno era in giro per misurare la CO₂ dell'atmosfera concentrazione milioni di anni fa, i paleoclimatologi possono ricostruire la temperatura passata e i livelli di anidride carbonica utilizzando carote di ghiaccio, anelli degli alberi, coralli, polline antico e rocce sedimentarie. Questi registratori naturali delle fluttuazioni climatiche possono anche rivelare come vari animali e piante prosperassero o morirono durante diversi periodi geologici.

Durante lo studio dell'età dei dinosauri, ad esempio, alcuni ricercatori sezionano le foglie che sono rimaste intrappolate negli strati di sedimenti. "I piccoli fori nella pelle delle foglie sono più comuni quando ci sono livelli di anidride carbonica più bassi", ha spiegato Paul Olsen, geologo e paleontologo presso il Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia Climate School.

Scienziati come Olsen hanno ripetutamente scoperto che durante diversi periodi della storia della Terra, gli organismi hanno sperimentato concentrazioni radicalmente più elevate di anidride carbonica e temperature medie più elevate rispetto ad oggi. Tuttavia, ciò non significa che tutto andrà bene se continuiamo a riscaldare il pianeta bruciando combustibili fossili.

"Il problema oggi non è solo l'aumento della temperatura globale o dei livelli di anidride carbonica. Il problema è il tasso di cambiamento", ha spiegato Olsen. "Nel corso della maggior parte della storia della Terra, i livelli di anidride carbonica sono generalmente cambiati molto lentamente. Ciò ha dato agli organismi e ai loro ecosistemi il tempo sufficiente per adattarsi ai cambiamenti climatici sia attraverso l'evoluzione che la migrazione."

Gli scienziati del clima avvertono che nel prossimo secolo il tasso di cambiamento sarà 10 volte più veloce di qualsiasi modello climatico sviluppatosi negli ultimi 65 milioni di anni. A causa del rapido tasso di riscaldamento odierno, fino al 14% di tutte le piante e gli animali sulla terraferma potrebbe rischiare l'estinzione nei prossimi decenni, secondo un rapporto dell'Intergovernmental Panel on Climate Change.

Gli alti e bassi climatici della Terra

Durante il periodo Cambriano, che durò da 542 milioni a 485,4 milioni di anni fa, alcune fonti stimano che CO₂ i livelli potrebbero essere circa 20 volte superiori a quelli attuali e le temperature erano più calde di 10 gradi Celsius.

Gli esseri viventi non sembravano preoccuparsi delle condizioni torride. Durante questo periodo, l'ossigenazione degli oceani portò a un'esplosione di vita nota come "esplosione del Cambriano". C'era una vasta gamma di creature marine come i trilobiti, inclusi antichi predatori più grandi chiamati Anomalocaris e animali a forma di lumaca con conchiglie. Nel frattempo, sulla terraferma, le prime piante hanno iniziato a mettere radici circa 500 milioni di anni fa, probabilmente godendo di alti livelli di anidride carbonica nell'atmosfera, ha affermato Olsen.

"Ma i proxy da 500 a 400 milioni di anni fa non sono così ben elaborati in questo momento", ha ammonito. "La maggior parte dei dati e dei grafici dei livelli di anidride carbonica nella storia della Terra inizia a circa 350 milioni di anni fa."

Durante il periodo Ordoviciano (da circa 488,3 a 443,8 milioni di anni fa), il livello del mare era fino a 220 metri più alto di quello attuale; le regioni a nord della cintura tropicale erano sotto l'oceano. Pesci primitivi, alghe rosse, coralli e pochi altri animali marini come cefalopodi e gasteropodi facevano parte di ecosistemi fiorenti, finché non furono colpiti da una tragedia senza precedenti, che potrebbe essere stata innescata da improvvisi cambiamenti di CO₂ livelli.

È stata la prima grande estinzione di massa della Terra. A partire da circa 443 milioni di anni fa, ha spazzato via circa l'85% di tutte le specie marine per un massimo di due milioni di anni. La causa rimane sconosciuta, ma alcuni scienziati ipotizzano che potrebbe essere stata associata alla formazione di enormi ghiacciai e a un drastico calo del livello del mare dopo che il supercontinente Gondwana si è spostato verso il Polo Sud. Uno studio del 2012 ha suggerito che le prime piante terrestri potrebbero aver fatto precipitare le temperature globali assorbendo CO₂ , innescando un'era glaciale. Al contrario, in uno studio del 2020, scienziati con sede in Canada hanno ipotizzato che le diffuse eruzioni vulcaniche abbiano rilasciato enormi quantità di anidride carbonica che hanno riscaldato bruscamente il pianeta e innescato due impulsi di estinzioni di massa entro due milioni di anni.

Come sono sopravvissuti i dinosauri nonostante le emissioni di CO₂ eccezionalmente elevate livelli?

Il periodo Triassico (da 252 a 201 milioni di anni fa) diede il via all'era dei dinosauri.

"All'epoca faceva estremamente caldo perché le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera erano cinque volte superiori ai livelli odierni", ha spiegato Olsen. "Eppure, la vita marina e terrestre era fiorente."

All'inizio del Triassico, il supercontinente di Pangea comprendeva la massa continentale di tutti e sette i continenti moderni. Rettili simili a mammiferi o sinapsidi dominavano il mondo. Rane e salamandre stavano appena iniziando ad evolversi. In seguito, una gamma più ampia di archosauri, un gruppo di rettili che include coccodrilli, uccelli e dinosauri, ha preso il sopravvento.

I primi dinosauri apparvero circa 232 milioni di anni fa. Erano piccoli come cani.

Per il tardo Triassico e il precedente Giurassico (circa 237-174 milioni di anni fa), gli scienziati non hanno trovato prove di calotte glaciali polari nei reperti fossili, probabilmente il risultato di livelli di anidride carbonica che potrebbero aver raggiunto fino a 6.000 parti per milione. Durante questo stato serra, fitte foreste di conifere e latifoglie coprivano la maggior parte della Pangea dal Polo Nord e dal Polo Sud fino alle latitudini subtropicali.

Tuttavia, circa 230 milioni di anni fa, Pangea iniziò a rompersi. Mentre il Nord America si è allontanato dall'Eurasia e dall'Africa, il magma si è intromesso nella crosta terrestre su un'area enorme, provocando una delle più significative eruzioni vulcaniche nella storia della Terra. Ha innescato un evento di estinzione di massa 202 milioni di anni fa che ha eliminato l'80% di tutti gli organismi, inclusi molti tipi precedentemente dominanti di grandi rettili tropicali del Triassico, come i fitosauri simili a coccodrilli.

La maggior parte dei ricercatori ritiene che l'evento di estinzione di massa della fine del Triassico sia direttamente collegato alle diffuse eruzioni vulcaniche, ha affermato Olsen. Ogni eruzione potrebbe essere durata ininterrottamente per decine o addirittura centinaia di anni e ci sono state molte eruzioni. Sono stati associati a un brusco raddoppio fino a triplicare l'anidride carbonica atmosferica in breve tempo.

"È abbastanza paragonabile a ciò che gli umani stanno facendo al pianeta ora", ha detto. Uno studio del 2019 ha rivelato che le attività umane rilasciano annualmente nell'atmosfera fino a 100 volte più carbonio rispetto ai vulcani.

I livelli insolitamente elevati di anidride carbonica 202 milioni di anni fa hanno provocato l'acidificazione e l'anossia degli oceani, o la perdita di ossigeno sott'acqua. Olsen e i suoi colleghi hanno identificato questi fattori come i principali motori di questo grande evento di estinzione di massa che ha spazzato via gli invertebrati marini e i coralli.

In uno studio recente, hanno scoperto che enormi quantità di anidride solforosa sono state anche pompate nell'atmosfera durante i vari impulsi delle eruzioni vulcaniche. Ciò ha causato periodi freddi intensi, anche se brevi, poiché gli aerosol di zolfo riflettevano la luce solare nello spazio esterno.

"Quel periodo freddo potrebbe essere durato solo pochi anni o al massimo 100 anni", ha spiegato Olsen. Sulla terra, gli inverni vulcanici hanno eliminato gli animali che non avevano isolamento come piume, grasso o spessi strati di pelliccia. I dinosauri che avevano un isolamento sufficiente sono sopravvissuti e hanno preso il sopravvento.

Dopo ogni breve periodo freddo, la Terra ha subito da decine a centinaia di migliaia di anni di riscaldamento globale a causa dei bruschi aumenti dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera causati dalle eruzioni.

Come sono andate le temperature globali e la CO₂ i livelli si stabilizzano prima che arrivassero le persone?

Concentrazioni estremamente elevate di anidride carbonica scompaiono dall'atmosfera attraverso tre meccanismi principali. Il primo è che l'oceano ne assorbe grandi quantità per creare un equilibrio nell'atmosfera.

Il secondo meccanismo terrestre per aspirare CO₂ dall'aria è attraverso gli agenti atmosferici delle rocce. I prodotti di questo tipo di sequestro naturale del carbonio finiscono negli oceani come calcare.

Il terzo meccanismo è la fotosintesi. Le piante assorbono l'anidride carbonica e se vengono seppellite nei sedimenti prima che si decompongano, il carbonio nei loro tessuti viene immagazzinato sottoterra. Questi tre meccanismi si verificano lentamente nel corso di diverse migliaia di anni.

"Ma quando la Terra sperimenta rapidi cambiamenti nelle concentrazioni di CO₂ atmosferica —come quello che stiamo vivendo oggi a causa delle attività umane—questi tre meccanismi non rispondono abbastanza velocemente da compensare gli sbalorditivi tassi di cambiamento", ha spiegato Olsen.

Negli ultimi 60 anni, il tasso annuo di aumento della CO₂ atmosferica è stato 100 volte più veloce degli aumenti naturali relativamente recenti che hanno avuto luogo circa 17.000 anni fa alla fine dell'ultima era glaciale. Nel 2021, la concentrazione media globale di CO₂ ha raggiunto il livello più alto registrato di 414,72 ppm.

"Questo è simile al tasso di cambiamento avvenuto circa 202 milioni di anni fa, dopo gigantesche eruzioni vulcaniche e anche dopo gli impatti di asteroidi che hanno innescato il quinto evento di estinzione di massa circa 66 milioni di anni fa", ha aggiunto Olsen.

Gli esseri umani potrebbero sopravvivere a condizioni climatiche ostili come quelle dell'era dei dinosauri?

Sebbene in passato la Terra abbia assistito a innumerevoli fluttuazioni nei livelli di anidride carbonica, la maggior parte di esse ha avuto tassi a cui gli organismi sono stati in grado di adattarsi ed evolversi ai cambiamenti climatici. Questo è meno probabile con il rapido ritmo di riscaldamento di oggi.

"Il tasso di cambiamento che stiamo vivendo oggi a causa delle emissioni di gas serra provocate dall'uomo è tra i più alti che la Terra abbia mai visto", ha affermato Olsen. "Livelli più elevati di anidride carbonica nell'atmosfera sono stati normali per il nostro pianeta. Il nostro attuale stato più basso è insolito. Tuttavia, è questo tasso di cambiamento che è il più importante."

Olsen ha ipotizzato che anche con CO₂ atmosferica estremamente elevata livelli di 6.000 ppm registrati durante l'era dei dinosauri e il successivo riscaldamento globale, gli esseri umani potrebbero potenzialmente sopravvivere, grazie ai progressi tecnologici, piuttosto che all'evoluzione.

E anche se le regioni interne dei continenti sarebbero insopportabilmente calde, i luoghi alle latitudini più elevate potrebbero essere comunque freschi e abitabili.

Tuttavia, con gli alti tassi di cambiamento climatico in brevi periodi, Olsen ha avvertito che ci saranno significative interruzioni sociali dovute alle limitate risorse alimentari e idriche, con conseguenti guerre e conflitti.

In altre parole, la nostra specie potrebbe teoricamente sopravvivere, ma probabilmente non vivremmo le nostre vite migliori. + Esplora ulteriormente

I dinosauri hanno preso il sopravvento in mezzo al ghiaccio, non al calore, afferma un nuovo studio sull'antica estinzione di massa

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.