Le rocce preistoriche in Giappone rivelano indizi su un importante evento anossico oceanico

I ricercatori sospettano da tempo che massicce eruzioni vulcaniche sottomarine causassero anidride carbonica (CO₂) aumenta, il riscaldamento globale e l’esaurimento dell’ossigeno (chiamato anossia) nell’oceano durante il periodo mesozoico. Ora, un team internazionale di ricercatori, tra cui scienziati della Terra della Northwestern University, ha determinato il momento preciso dell’eruzione vulcanica e dell’OAE1a, iniziata 119,5 milioni di anni fa. Il lavoro si aggiunge a un volume crescente di prove che la CO2 vulcanica₂ le emissioni hanno innescato direttamente l’evento anossico.

Il nuovo studio ha inoltre stabilito che OAE 1a è durato poco più di 1,1 milioni di anni. Queste nuove informazioni aiutano gli scienziati a comprendere meglio come funziona il clima della Terra e il sistema oceanico e come risponde allo stress, soprattutto per quanto riguarda l’attuale riscaldamento.

Lo studio è stato pubblicato alla fine del mese scorso sulla rivista Progressi della scienza. Segna la datazione più dettagliata e altamente risolta di un evento anossico oceanico mai ottenuta.

“Gli eventi anossici nell’oceano si verificano in parte come conseguenza del riscaldamento climatico in un mondo ad effetto serra”, ha affermato Brad Sageman della Northwestern, autore senior dello studio. “Se vogliamo fare previsioni accurate su ciò che vedremo nei decenni a venire con il riscaldamento causato dall’uomo, queste informazioni hanno un valore inestimabile. Il modo migliore per comprendere il futuro è guardare i dati del passato”.

Esperto di climi antichi, Sageman è professore di scienze della Terra, ambientali e planetarie al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e co-direttore del Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy.

Una connessione nordoccidentale

Il periodo Cretaceo ha vissuto due eventi anossici oceanici maggiori e diversi minori, di cui OAE 1a è uno dei due più grandi. La causa più probabile: le eruzioni vulcaniche hanno rapidamente iniettato enormi quantità di CO2₂ nell’oceano e nell’atmosfera. Questi non sono vulcani ordinari ma grandi province ignee che eruttano fino a un milione di chilometri cubi di basalto nel corso di diversi milioni di anni. Quando CO₂ reagisce con l’acqua di mare, forma un debole acido carbonico, che dissolve letteralmente i gusci delle creature marine. L’acido, combinato con bassi livelli di ossigeno, ha conseguenze significative per la vita marina.

I ricercatori iniziarono a riflettere per la prima volta sugli eventi anossici negli oceani a metà degli anni ’70, dopo una scoperta del geologo nordoccidentale Seymour Schlanger e del professore di Oxford Hugh Jenkyns. Esaminando campioni di sedimenti del fondale dell’Oceano Pacifico, Schlanger e Jenkyns hanno scoperto scisti neri, organici, ricchi di carbonio che corrispondevano ai campioni, per composizione ed età, sia dell’Oceano Atlantico che delle formazioni rocciose in Italia.

La diffusa mancanza di ossigeno era la spiegazione più probabile di questi depositi. L’anossia impedisce la decomposizione della materia organica proveniente da piante e animali morti, portando a un modello globale di arricchimento organico. Invece di decomporsi, il plancton e altri fossili si accumularono per formare strati organici ricchi di carbonio sparsi in tutto il mondo.

“Come si sono formati gli scisti neri contemporaneamente negli oceani profondi e sulla terraferma?” chiese Sageman. “Schlanger e Jenkyns si resero conto che doveva esserci stato un enorme evento globale che aveva causato la diminuzione dell’ossigeno dalla superficie dell’oceano fino al fondo del mare.”

La storia solidificata nella pietra

Nel nuovo studio, i ricercatori non hanno osservato le profondità degli oceani ma gli antichi strati lungo il bordo nord-occidentale di una montagna sull’isola giapponese di Hokkaido. Le rocce, o tufi, si sono formate da ceneri vulcaniche che si sono depositate e solidificate nel tempo. L’attività tettonica sollevò questi strati sopra il livello del mare durante la formazione delle isole giapponesi, lasciandoli esposti e accessibili dove i corsi d’acqua scavano la foresta pluviale temperata di Hokkaido. Raccogliendo e analizzando i tufi, Sageman, il suo dottorato di ricerca. Lo studente Luca Podrecca e i suoi collaboratori hanno potuto dare uno sguardo alla storia geologica.

“Il magma esce da un vulcano in forma liquida e poi inizia a raffreddarsi”, ha detto Sageman. “Durante questo processo, i cristalli iniziano a formarsi. Quando il tufo si solidifica, i cristalli diventano un minuscolo sistema chiuso. Bloccano gli atomi e alcuni di questi atomi, come l’uranio, iniziano a decadere, nel senso che si convertono da un isotopo a Un altro. Ciò fornisce uno strumento per datare l’eruzione e, quindi, datare uno strato specifico all’interno di una pila di roccia sedimentaria. Mentre si concentra l’esperienza dei membri del team dell’Università di Tohuku in Giappone, dell’Università di Durham nel Regno Unito e della Northwestern la caratterizzazione e la correlazione globale degli strati, i nostri collaboratori dell’Università del Wisconsin-Madison e della Boise State University sono esperti nelle analisi geocronologiche.”

I ricercatori hanno utilizzato anche altri tipi di isotopi, come il carbonio, che tiene traccia dei cambiamenti sincroni nel ciclo del carbonio, e l’osmio, che tiene traccia dell’attività vulcanica e dei cambiamenti nella chimica dell’oceano.

“Questi sistemi isotopici forniscono strumenti per correlare l’intervallo OAE1a tra i siti di Hokkaido, nel sud della Francia e altri siti in tutto il mondo”, ha affermato Sageman. “Ci forniscono indicatori per gli istanti nel tempo geologico.”

Individuazione della sequenza temporale esatta

Secondo queste prove, un brusco cambiamento nei rapporti isotopici del carbonio, causato innanzitutto dal picco di CO2 vulcanica₂aggiunto al ciclo del carbonio (e successivamente dall’eccesso di seppellimento della materia organica) – avvenuto nel Cretaceo inferiore all’inizio dell’OAE 1a. Uno spostamento simultaneo nei rapporti isotopici dell’osmio riflette un massiccio apporto di materiale vulcanico nelle acque oceaniche. La tempistica di questi eventi corrisponde all’eruzione del complesso Ontong Java Nui, un’enorme provincia ignea delle dimensioni dell’Alaska situata nell’Oceano Pacifico sudoccidentale.

Ora che i ricercatori sanno che gli oceani hanno impiegato 1,1 milioni di anni per riprendersi dal forte aumento della CO2₂hanno maggiori informazioni sulla durata degli effetti della CO₂Gli eventi di riscaldamento guidati potrebbero durare e quali potrebbero essere gli effetti associati, come l’anossia oceanica.

“Stiamo già vedendo zone con bassi livelli di ossigeno nel Golfo del Messico”, ha detto Sageman. “La differenza principale è che gli eventi passati si sono verificati nel corso di decine di migliaia o milioni di anni. Stiamo determinando livelli di riscaldamento più o meno simili (o più), ma lo stiamo facendo in meno di 200 anni.”