giovedì 24 aprile 2014

Estinzioni di massa e grandi province magmatiche: nuove relazioni fra l'estinzione di fine Triassico e la provincia magmatica dell'Atlantico Centrale


Dal Permiano Superiore all'Eocene c'è sempre una stretta associazione temporale fra estinzioni di massa e la messa in posto di una Large Igneous Provinces (LIP). Il rapporto tra questi due eventi ha nella fine del Triassico uno dei massimi esempi, con l'associazione fra una delle maggiori estinzioni di massa e la messa in posto dei basalti della CAMP (Provincia Magmatica dell'Atlantico Centrale). Però, andando nel dettaglio, in questo caso ci sono state delle difficoltà importanti per correlare l'inizio dell'attività magmatica alla fase acuta di estinzione; ad esempio vicino a New York le eruzioni iniziavano solo dopo l'eventi biotico, il che – ovviamente – stonava non poco. Nel contempo le variazioni del rapporto fra gli isotopi 12 e 13 del Carbonio, notoriamente associabili alla messa in posto delle LIP, sono iniziate prima della deposizione delle lave più antiche conosciute. Un nuovo lavoro, in cui è massiccia la presenza di ricercatori italiani, ha finalmente messo un punto fermo, individuando i sedimenti che in Marocco sono stati ricoperti dalle lave della CAMP come originatisi da lave ultramafiche, le quali non possono essere che un prodotto precoce ancora sconosciuto della CAMP.

Il passaggio dal Triassico al Giurassico, noto in sigla come T/J, è ben conosciuto fino dalla metà dell'Ottocento perché è caratterizzato da una delle principali estinzioni di massa nella storia della vita sulla Terra. In questa crisi biotica sono scomparsi il 50% dei generi di animali marini, mentre nelle faune dei vertebrati terrestri subiscono pesanti perdite, fino praticamente a scomparire, i rettili mammaliani come Terapsidi e Cinodonti e una buona parte degli arcosauri. Dall'estinzione di fine Triassico usciranno vincitori soprattutto i dinosauri, all'epoca un gruppo in piena ascesa, che governeranno la Terra per i successivi 155 milioni di anni (un tempo lungo oltre il doppio di quello che separa noi dalla loro estinzione) e i mammiferi mesozoici, un gruppo molto eterogeneo dai quali, una sessantina di milioni di anni dopo, emergeranno i precursori dei primi marsupiali e placentati.
Durante la transizione Triassico - Giurassico è successo anche molto altro: cambiamenti nel ciclo idrogeologico, importanti variazioni nel rapporto fra gli isotopi 12 e 13 del Carbonio e una acidificazione degli oceani, mentre le analisi statistiche sui dati palinologici mostrano un forte riscaldamento globale. Sono tutti segni di una forte perturbazione del ciclo del carbonio in atmosfera, il che suggerisce una relazione stretta fra tutti questi eventi.
Ovviamente ci deve essere una relazione anche con il principale evento geologico più o meno contemporaneo che ha contraddistinto il passaggio Triassico – Giurassico, l'inizio della messa in posto delle lave basaltiche di una delle più importanti Large Igneous Provinces, la Provincia Magmatica dell'Atlantico Centrale, che per brevità chiamerò con la sigla inglese CAMP (Central Atlantic Magmatic Province). Si tratta di un volume compreso tra 2 e 3 milioni di km cubi di lave in una estensione di 7 milioni di km quadrati, messi in posto in circa 600.000 anni. La CAMP ha preceduto l'apertura dell'Atlantico Centrale e pertanto i suoi resti sono dispersi e diffusi lungo le coste dell'oceano fra Sudmerica settentrionale, Africa Occidentale, costa atlantica degli USA, e in Europa, Penisola Iberica e Francia.

Un fenomeno accessorio importante dei periodi di attività di LIP ed estinzioni di massa è, appunto, una forte variazione negativa di un indice che viene calcolato in base al rapporto fra gli isotopi 12 e 13 del Carbonio, indicato con il nome di δ13C. Nei dintorni del limite T/J di queste variazioni (conosciute con la sigla CIE, Carbon Isotope Escursion) in senso negativo di questo rapporto ce ne sono diverse, che hanno posto alcuni problemi. L'origine di questo disturbo è stata associata direttamente alle emissioni da parte dei magmi (si calcola che dalla messa in posto di 1 km cubo di lava basaltica derivino circa 14 milioni di tonnellate di CO2 e 6 milioni e mezzo di tonnellate di SO2), ma anche ad altri fenomeni come lo scioglimento di permafrost e di idrati di metano connessi al riscaldamento innescato dalle emissioni, gas emessi dal metamorfismo di calcari provocato dalle eruzioni ed altri fattori.

Il limite T/J è un po' controverso. Ci sono delle cose un po' strane, soprattuto in relazione alla storia delle escursioni delle CIE. la cui successione è ben visibile in diversi siti: in particolare ce ne sono due importanti, quello di Newark, vicino a New York e quello di Kuhjoch in Austria. Li vediamo correlati insieme a un terzo in Inghilterra Meridionale in una immagine tratta da Jacopo Dal Corso et al The dawn of CAMP volcanism and its bearing on the end-Triassic carbon cycle disruption, pubblicato nel 2014 nel Journal of the Geological Society. Un appunto importante: solo Newark è nell'area interessata dai basalti della CAMP; il sito inglese era proprio nei dintorni del limite di diffusione dei magmi, mentre quello austriaco si trovava ben più lontano.

Vediamo queste escursioni:
a. La prima escursione negativa del  δ13C, detta “CIE precursore” la troviamo circa 250.000 anni prima della fine del Trias, dopodichè il δ13C risale per breve tempo a valori normali.
b. poi abbiamo una breve CIE, detta “iniziale”. Corrisponde più o meno alla fase acuta dell'estinzione di massa. È seguita da una fase di incertezza in cui il rapporto varia di continuo in maniera rapida ed irregolare
c. alla fase di incertezza segue la "CIE principale", un lungo periodo (circa 800.000 anni, durante il Giurassico iniziale) in cui il δ13C  è più basso del normale. Dopo la CIE principale il δ13C ritorna ai livelli pre-giurassici normali.

Un problema fondamentale è che a Newark l'estinzione di massa e l'escursione del Carbonio “iniziale” avvengono prima dell'inizio dell'attività magmatica. Volendo continuare ad associare Large Igneous Provinces, escursioni negative del δ13C ed estinzioni di massa è possibile ipotizzare che che da qualche parte la CAMP era iniziata prima che a Newark?
Blackburn ed altri autori, in un lavoro pubblicato nel 2013 su Science hanno effettuato delle datazioni con il metodo U-Pb su zirconi in varie parti della CAMP e raccolgono dati che confermano l'inizio differito delle eruzioni a Newark e una loro messa in posto più precoce per esempio in Marocco.

Sedimenti di fine Triassico sotto le colate si trovano in molte aree, a Newmark, come in Marocco ma anche altrove. Ed è proprio dal Marocco che viene una scoperta molto importante, annunciata nel lavoro di Dal Corso et al precedentemente citato. Nell'Alto Atlante marocchino i basalti della CAMP si sono depositati sopra delle argille databili alla fine del Triassico, quindi depositatesi immediatamente prima delle colate, talmente poco tempo prima che quando sono state ricoperte dalle lave non erano ancora perfettamente litificate. 
Le argille di Tiourjdal hanno una particolarità importante: dall'analisi chimica è facilmente dimostrabile che sono derivate dall'alterazione di rocce simili a basalti e da quelle parti in epoca pre-triassica di rocce mafiche del genere non ce ne sono o quasi. Pertanto è probabile che siano derivate dall'alterazione di rocce ignee simili ed appena più antiche delle lave che le ricoprono,  appartenenti con ogni probabilità ad un episodio precoce della CAMP; queste rocce magmatiche dopo la loro deposizione sono state alterate ed erose, e i sedimenti trasportati fino a Tiourjdal, dove si sono depositati immediatamente prima di essere ricoperti dalle lave.
È possibile che nelle primissime fasi l'attività della CAMP abbia avuto una forte componente esplosiva, con conseguente deposito di forti spessori di tufi. Ci sono indizi, ancora da confermare, pur se molto pesanti, di questo ed i tufi possono aver costituito un'ottima fonte di alimentazione per le argille di Tiourjdal (l'erosione dei tufi è molto più veloce di quella delle lave ed è la spiegazione migliore per la loro assenza attuale).

Di attività precedente a quella principale che comincia un pochino prima del limite T/J ci sono segnali molto forti un po' più a sud, nel Mali settentrionale, dove i filoni di basalto intrusi in una serie sedimentaria paleozoica e nella sua base anche più antica, sono datati a circa 198 milioni di anni fa (Verati et al 2005), e quindi circa due milioni di anni più vecchi dei basalti di Tiourjdal.
Pertanto il problema della correlazione precisa fra i basalti dell'Atlantico Centrale e l'estinzione di fine Triassico sembra almeno parzialmente risolto: l'estinzione è avvenuta durante una fase precoce (anche se molto massiccia) della attività di questa grande provincia magmatica, ancora in parte sconociuta.
La presenza di fasi magmatiche precedenti spiega anche la presenza della CIE precursore.

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