Le grandi estinzioni di massa della fine del Permiano

La devastazione della fine del Permiano, che proprio per le differenze fra animali e piante prima e dopo è stata utilizzata fin dalla metà del XIX secolo come limite fra l'Era Paleozoica e quella Mesozoica è un punto fermo nella storia della vita sulla Terra: oltre il 70% dei vertebrati terrestri e oltre il 90% delle specie marine sono scomparsi. Quella che si può definire la “madre di tutte le estinzioni” è stata un processo complesso e fino a pochi anni fa di difficile interpretazione. Solo da pochi anni si è iniziato a capire che in realtà gli eventi di estinzione sono stati due, a breve distanza l'uno dall'altro, accompagnati da una serie di modificazioni ambientali e climatiche drastica e molto veloce. Quindi non è stato un processo lungo e più o meno continuo, ma la somma di due eventi diversi distanti circa 8 milioni di anni l'uno dall'altro.

Gli organismi che hanno abitato la Terra durante il Permiano sono stati fra i più sfigati di tutti, tali e tante sono state le modificazioni all'ambiente in questo periodo: i 52 milioni di anni di questo periodo sono stati molto intensi, geologicamente, climaticamente e biologicamente. E soprattutto lo sono stati gli ultimi 10.

Geologicamente si è assistito al ricompattamento dei continenti usciti dalla frantumazione della Rodinia, il supercontinente di inizio Cambriano.  Urali e fasi finali della Catena Ercinica sono le principali caratteristiche tettoniche dell'epoca, oltre all'inzio delle distensioni che formeranno i nuovi margini della Tetide, l'oceano interposto fra Laurasia e Gondwana.

Climaticamente siamo all'eccesso totale: il Permiano inizia durante l'Era Glaciale precedente alla nostra, detta infatti “Glaciazione del Permo – Carbonifero”, anche se il massimo glaciale era ormai passato; in compenso il Periodo finisce con un forte riscaldamento globale che ha distrutto le calotte residue e porterà, all'inizio del Triassico, ad una delle fasi più calde e più secche della storia del pianeta. Biologicamente le estinzioni di fine Permiano coinvolgeranno oltre il 90% delle specie viventi. Al loro cospetto l'estinzione alla fine del Mesozoico, quella che ha coinvolto anche i dinosauri, è stata una piccola vampata di calore.

La cosa ancora più sconvolgente è che le variazioni climatiche e faunistiche sono avvenute molto tardi, solo negli ultimi 10 milioni di anni del periodo. Quindi gli sfigati sono soprattutto gli abitatori della parte superiore del Guadalupiano (il Permiano Medio) e quelli del Lopingiano, il Permiano Superiore. La tabella qui sotto illustra la stratigrafia del Permiano.

Come succederà poi per il limite Cretaceo – Terziario, anche il limite Permiano – Triassico è contraddistinto nei sedimenti marini da un livello di argille scure piene di materia organica. Lo troviamo esposto ad esempio in Europa, Oman, Thailandia, Cina Meridionale, Giappone, Russia asiatica, Nordamerica. Questo è il punto focale per interpretare la questione, come lo è nei mari del Wuchapingiano la sostituzione in molte aree della sedimentazione calcarea con quella silicea (il fenomeno è chiamato PCE - Permian Cherts Event, evento a diaspri del Permiano).
Questo evento denota un aumento di acidità delle acque marine per cui non solo il nannoplancton calcareo viveva con difficoltà ma dopo la morte eventuali scheletri e conchiglie calcaree venivano sciolte rapidamente quando scendevano sotto  la Profondità di Compensazione dei Carbonati (la sigla inglese con cui è conosciuto questo livello è CCD). La posizione della CCD dipende molto dalla acidità delle acque: oggi solo le parti più profonde degli oceani sono sotto la CCD, ma nel Wuchapingiano (il Lopingiano inferiore) troviamo la deposizione silicea persino in mari a bassissima profondità. Avere una CCD così superficiale è sintomo chiarissimo di una acidità elevatissima delle acque, a livello globale.

Inoltre l'aumento di temperatura comporta nel Wuchapingiano lo scioglimento di parte se non di tutte le calotte polari. Ovviamente a  questo si sono accompagnati un innalzamento del livello marino e la messa in circolo negli oceani di acque fredde poco salate che probabilmente hanno pesantemente inciso sulla circolazione globale delle correnti marine. La conseguenza è stata una serie di variazioni climatiche importanti, attestate in tutte le serie sedimentarie.

Il Wuchapingiano dura circa 7 milioni di anni. Poi viene il Changhsingiano, il Lopingiano Superiore: dura appena 3 milioni di anni e all'inizio c'è una diminuzione delle temperature, sia perchè si riattivano in parte i processi che “consumano” CO2 (fotosintesi, deposizione di rocce carbonatiche, segregazione in idrocarburi o giacimenti di carbone) sia perchè le correnti marine si riavviano.

Però alla fine del Changhsingiano la situazione ritorna a livelli drammatici: aumentano le temperature, il pianeta si fa più arido, la vita che si stava riprendendo subisce un tracollo che durerà almeno per i primi 5 milioni di anni del Triassico Inferiore.

È ormai accertato che tutto questo macello sia dovuto alla messa in posto di due enormi serie basaltiche, cioè all'attività di due LIP ("Large Igneous Provinces” - grandi province magmatiche). Si tratta di immensi “goccioloni” di roccia liquida che irrompono in superficie e depositano enormi quantità di magmi, per lo più basaltici, in un'area di centinaia di km quadrati in poche centinaia di migliaia di anni.

Le LIP deposte negli oceani hanno sempre provocato grossi guai, a cominciare dalla acidificazione delle acque ad opera delle emissioni di CO₂, la conseguenza principale è l'anossia.
Questo processo non è stato di facile comprensione, ma l'associazione fra LIP e sedimenti anossici è regolare. Comincia con una fioritura algale: quando le alghe muoiono e vanno in decomposizione, il processo assorbe ossigeno, ossigeno che è assorbito pure da una popolazione animale cresciuta molto rapidamente perchè le fioriture algali inducono un aumento dello zooplancton che se ne nutre, seguito dall'aumento a cascata delle forme che si nutrono di questi ultimi e via via. Ovviamente l'aumento di esseri bisognosi di respirare provoca a sua volta un altro eccessivo consumo di ossigeno, che pertanto diventa sempre più raro. Pertanto gli animali muoiono soffocari e quando vanno in decomposizione consumano o tentano di consumare l'ossigeno residuo. Dico “tentano di consumare” perchè nei sedimenti deposti in condizioni anossiche l'abbondante materia organica si conserva proprio perchè non si è potuta ossidare per mancanza di ossigeno.

Quindi ad una LIP messasi in posto nei fondi oceanici segue un evento anossico con associato un picco di estinzioni con poche ripercussioni sulle terre emerse, dove invece gli effetti di una LIP che erutta su un continente possono essere (e sono stati) molto pesanti; le immissioni di CO₂ provocano un effetto serra e se l'aumento delle temperature è sufficiente si libera anche il metano contenuto negli idrati dei fondi oceanici alle latitudini medio – alte. Questa condizione può non essere vera per la fine del Cretaceo perchè le temperature globali di 65 milioni di anni fa erano veramente molto alte, ma è chiaramente visibile nel PETM, il massimo termico che contraddistingue il passaggio Paleocene – Eocene, in cui il deriva dalla messa in posto di un'altra LIP, la provincia magmatica dell'Atlantico Settentrionale. E lo è stato anche per la fine del Permiano. Inoltre la diffusione in aria di CO₂ e degli NOx provoca la formazione di piogge acide c c'è anche una diminuzione della quantità di ossigeno in atmosfera. Da notare che le pur ingenti emissioni di ossidi di zolfo (quelli che provocano ad esempio le diminuzioni di temperatura in corrispondenza delle grandi eruzioni dei vulcani lungo gli archi magmatici) non sono sufficienti a provocare raffreddamento.

La prova che la vita si è quasi fermata è dimostrata dal basso valore del rapporto fra gli isotopi 12 e 13 del carbonio, noto come δ¹³C. 

Queste osservazioni ci spiegano perchè le LIP eruttate nelle profondità oceaniche hanno fatto meno danni di quelle che hanno eruttato nei continenti.

Oggi è accertato che nel Permiano sia la crisi della fine del Guadalupiano che quella della fine del Lopingiano siano contemporanee a due eventi di LIP. La prima è costituita dai basalti dell'Emeishan, oggi situati tra Cina sudorientale ed Indocina, che si sono depositati essenzialmente in una piattaforma carbonatica a bassa profondità su una delle pochissime aree continentali che non facevano parte della Pangea: la Cina Meridionale si scontrerà con la Cina settentrionale nel Mesozoico.

La seconda invece corrisponde alla più grande LIP conosciuta: i trappi della Siberia, che occupano una area vastissima ad est degli Urali, dal Mare di Barents fino al Kazakhstan.

I basalti dell'Emeishan si sono messi in posto ad una latitudine medio – bassa. Invece quelli siberiani erano ad una latitudine paragonabile a quella odierna; oltre ad esssere particolarmente imponenti e aver quindi di suo immesso enormi quantità di CO2, i trappi della Siberia hanno sciolto anche il permafrost residuo dalle glaciazioni del Permo-Carbonifero (il cui spessore poteva essere di parecchie centinaia di metri), amplificando ulteriormente l'effetto – serra perchè il suolo ghiacciato conteneva grandi quantitativi di CO2 e Metano.

Oggi finalmente quindi si comincia a capire come si è svolta la grande crisi biologica della fine dell'Era Paleozoica.