Il collegamento tra il massiccio vulcanismo basaltico delle inondazioni e l'estinzione di massa della fine del Triassico (201 milioni di anni fa) è comunemente accettato. Tuttavia, è difficile stabilire esattamente come il vulcanismo abbia portato al collasso degli ecosistemi e all'estinzione di intere famiglie di organismi.
I cambiamenti climatici estremi, derivanti dal rilascio di anidride carbonica, il degrado dello strato di ozono dovuto all’iniezione di sostanze chimiche dannose e le emissioni di inquinanti tossici sono tutti considerati fattori che contribuiscono. Spicca un elemento tossico:il mercurio. Essendo uno degli elementi più tossici sulla Terra, il mercurio è un metallo emesso dai vulcani in forma gassosa e quindi ha la capacità di diffondersi in tutto il mondo.
Un nuovo studio su Nature Communications aggiunge nuove prove convincenti degli effetti combinati del riscaldamento globale e del diffuso inquinamento da mercurio che ha continuato a stressare le piante molto tempo dopo la cessazione dell'attività vulcanica.
Un team internazionale di scienziati olandesi, cinesi, danesi, britannici e cechi ha studiato i sedimenti della Germania settentrionale in una carota (Schandelah-1) che si estende dal Triassico superiore al Giurassico inferiore alla ricerca di microfossili e segnali geochimici. Uno studio sull'abbondanza di polline e spore ha rivelato una profusione di spore di felce che mostrano una serie di malformazioni, da anomalie nella struttura della parete a prove di divisioni meiotiche mal eseguite, che portano a spore di felce non separate, nane e fuse.
"Vedere l'enorme quantità e i diversi tipi di spore di felci malformate nei campioni di sedimenti di una laguna costiera, risalenti a 201 milioni di anni fa, è davvero sorprendente. Significa che devono esserci state moltissime felci stressate", spiega Remco Bos, PhD .D. candidato all'Università di Utrecht e autore principale dello studio. "Inoltre, non è qualcosa che vediamo regolarmente durante altri periodi che contengono molti fossili di felci, il che lo rende un vero segnale collegato all'evento di estinzione di massa della fine del Triassico."
Deforestazione e felci
I risultati di Bos e dei coautori confermano il lavoro precedente dei coautori Sofie Lindström (Università di Copenaghen), Hamed Sanei (Università di Aarhus) e Bas van de Schootbrugge (Università di Utrecht), che in precedenza avevano prodotto dati simili ottenuti da carote provenienti dalla Danimarca. e dai vicini affioramenti in Svezia.
Secondo Sofie Lindström, "Le felci hanno sostituito gli alberi durante l'intervallo di estinzione in risposta a drammatici cambiamenti ambientali probabilmente guidati dallo stress da calore, dal forte aumento delle piogge monsoniche e dall'aumento dell'attività degli incendi boschivi. I risultati palinologici mostrano che la vegetazione pionieristica delle felci si è diffusa in vaste aree delle pianure costiere nell'Europa nordoccidentale, dalla Svezia e Danimarca alla Germania, Francia, Lussemburgo e Austria in risposta alla diffusa deforestazione."
Le felci sono piante resistenti, che spesso colonizzano ambienti disturbati, comprese isole vulcaniche appena formate o paesaggi devastati dal vulcanismo o dagli incendi. "Ciò che è straordinario qui è che le felci che hanno prodotto tutte queste spore malformate in tutti questi diversi siti non si sono estinte. Mentre altre piante si sono estinte, le felci erano apparentemente abbastanza robuste da sopravvivere, il che potrebbe anche essere correlato alla loro diversa tolleranza al mercurio. "
In questo nuovo studio, Bos e coautori mostrano che le felci, che hanno approfittato del deperimento delle foreste, sono state soggette a stress dovuto all'inquinamento da mercurio ben oltre l'intervallo di estinzione immediata.
"Abbiamo trovato altri quattro intervalli con alti livelli di concentrazioni di Hg e un alto numero di spore malformate nei 1,3-2 milioni di anni successivi all'intervallo di estinzione", spiega Remco Bos. Questo intervallo, noto come Hettangian, fu un periodo di continue condizioni avverse negli oceani, con diversità generalmente basse tra gli invertebrati marini, come ammoniti e bivalvi. Sulla terra, invece, la vegetazione sembrava essersi ripresa più velocemente.
"Ora dimostriamo che questo ecosistema forestale ha continuato a essere perturbato ripetutamente per almeno 1,3 milioni di anni, ma forse fino a 2 milioni di anni", spiega Bos.
I quattro episodi aggiuntivi di alte concentrazioni di Hg e alte malformazioni di spore di felce erano improbabili collegati a fasi successive del vulcanismo della provincia magmatica dell'Atlantico centrale. Invece, Bos e coautori mostrano che questi periodi corrispondono strettamente al lungo ciclo di eccentricità, la principale variazione nella forma dell'orbita terrestre che sposta la Terra più vicino o più lontano dal sole ogni 405 mila anni.
Durante i massimi livelli di eccentricità, la Terra si avvicina al sole, consentendo a più luce solare di raggiungere la superficie terrestre. Poiché l'atmosfera terrestre era già sovraccarica di anidride carbonica derivante dal vulcanismo su larga scala, questa modulazione ciclica del sistema climatico ha ripetutamente innescato il deperimento delle foreste, consentendo una rinnovata diffusione delle felci pioniere.
Come dimostra la correlazione con l'elevato contenuto di mercurio, anche le malformazioni delle spore delle felci durante questi episodi erano il risultato di avvelenamento da mercurio. Ma da dove viene questo Hg?
Isotopi di Hg
Un set di dati cruciale è stato generato presso l’Università di Tianjin (Cina) da Wang Zheng, un autore corrispondente e geochimico specializzato in studi sugli isotopi dei metalli, in particolare sugli isotopi di Hg. Il mercurio ha diversi isotopi stabili che si comportano diversamente nell'ambiente.
Durante le reazioni in natura, ad esempio, l'espulsione dal vulcanismo, la deposizione dall'atmosfera e l'assorbimento da parte degli organismi, gli isotopi di Hg possono frazionarsi, arricchendo un pool di isotopi più pesanti e altri di isotopi più leggeri. Anche i sedimenti con livelli elevati di Hg e spore malformate mostrano chiare variazioni negli isotopi di Hg.
"Sulla base delle variazioni degli isotopi di Hg, siamo stati in grado di collegare un impulso iniziale nell'arricchimento di Hg al confine Triassico-Giurassico con l'emissione di mercurio dal vulcanismo basaltico delle inondazioni", spiega Wang Zheng. "Tuttavia, gli altri quattro impulsi nel mercurio avevano una composizione isotopica diversa, indicando che erano principalmente guidati dall'input di Hg derivante dall'erosione del suolo e dalla riduzione fotochimica."
I dati geochimici e microfossili combinati dipingono quindi il quadro di una sequenza di eventi molto più complessa e prolungata, a partire da un massiccio vulcanismo che determina il cambiamento climatico e il rilascio di inquinanti tossici, seguito da impulsi episodici di disturbo all’indomani dell’evento di estinzione che dura per almeno 1,3 milioni di anni.
Il dottor Tomas Navratil dell'Accademia ceca delle scienze, coautore dello studio e specialista nell'inquinamento moderno da mercurio, è d'accordo con questo scenario. "Il nostro lavoro sui siti inquinati nella Repubblica Ceca mostra prove di episodica rimobilizzazione dai suoli forestali, specialmente durante le estati calde, e in luoghi più esposti alla luce solare, causando la riduzione fotochimica del mercurio e il rilascio nell'atmosfera di sostanze precedentemente mercurio immagazzinato."
"Sappiamo che gli eventi di estinzione di massa sono stati eventi complessi e di lunga durata. Qui, mostriamo che un mix di riscaldamento serra e inquinamento ha portato a una continua perturbazione dell'ecosistema. Gli ecosistemi costieri probabilmente hanno sofferto di più ricevendo grandi quantità di mercurio mobilitato da vasti bacini idrografici. aree."
"Alla fine, il sistema si riprese durante il Sinemuriano, quando vediamo apparire biomi forestali stabili. È probabile che a quel punto, la Terra avesse ripulito il caos, i livelli di anidride carbonica fossero scesi e il mercurio fosse stato sepolto per sempre nei sedimenti marini al largo, " conclude Bos.
Ulteriori informazioni: Remco Bos et al, Rimobilizzazione del mercurio forzata dal clima associata alla mutagenesi delle felci all'indomani dell'estinzione della fine del Triassico, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47922-0
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Utrecht
