Le cause comuni delle estinzioni di massa: i dinosauri non si sono estiniti a causa del meteorite ma per le eruzioni dei Trappi del Deccan.

Nel 1980 un gruppo di ricercatori dell'università californiana di Berkeley propose che alla fine del Cretaceo un meteorite condritico cadde sulla Terra, rilasciando una forte anomalia dell'Iridio; le polveri derivate dall'impatto stesso e quelle degli incendi innescati dai residui incandescenti dispersi in tutto il mondo provocarono una sorta di inverno simile al teorizzato inverno nucleare, e portano all'estinzione molti animali, fra i quali i dinosauri. Nel 1991 fu accertata l'esistenza di un cratere nello Yucatan di età e dimensioni compatibili con quanto ipotizzato 10 anni prima e nel 1994 la cometa Shoemaker – Levy cadde su Giove: a questo punto il connubio meteorite – estinzione sembrava ormai certo. In realtà le cose non stanno così, ma questa nozione sta faticando molto ad uscire dal ristretto nucleo di persone che si interessano specificamente dell'argomento. Voglio quindi cercare di far capire che questo e la maggior parte delle estinzione di massa sono avvenute a causa di una particolare attività vulcanica, quella delle Large Igneous Provinces e che anche al K/T si stava mettendo in posto una serie del genere, quella dei basalti del Deccan, circa un milione di km cubi di magmi prodotti per la maggior parte in poche decine di migliaia di anni.

Per una grossa fetta di scienziati, specialmente fuori dal mondo delle Scienze della Terra, per i media e per l'uomo comune non ci sono dubbi: l'estinzione dei dinosauri è dovuta all'impatto di un meteorite avvenuto lungo le odierne coste della penisola dello Yucatan, in Messico. Bene, questa è letteralmente una balla spaziale, per dirla come Mel Brooks. La realtà è molto diversa, ma i cosiddetti “impattisti” hanno silenziato in vari modi gli oppositori di questa ipotesi, per cui per molto tempo nessuno o quasi è stato informato dell'esistenza di una ipotesi alternativa. 

Non lo ero neanche io fino al dicembre 1990, quando su “Le Scienze” due articoli, scritti da dei pezzi da 90 delle ricerche in proposito, confrontavano le due ipotesi sulla estinzione della fine del Cretaceo: il primo sosteneva che la causa fosse la caduta del meteorite nello Yucatan (1), mentre l'altro focalizzava la particolare sincronia fra molte delle principali estinzioni di massa e la messa in posto di grandi espandimenti vulcanici (2).

Questo secondo articolo mi convinse parecchio, e 20 anni dopo, grazie ad un lavoro che ne parlava, capii che quando andai da studente universitario a Gubbio avevo ragione sul fatto che il livello scuro del K/T e un altro livello simile, il Livello Bonarelli, si erano formati per gli stessi motivi.

Nel marzo 2013 si è tenuta al Museo di Storia Naturale di Londra una conferenza che ha riunito i principali esperti sullo studio delle estinzioni di massa; dagli atti, contenuti nel volume speciale n.505 della Geological Society of America, è ampiamente dimostrato che il meteorite con l'estinzione dei dinosauri non c'entra niente. C'è anche una interessante intervista a Gertha Keller che presenta il volume.

In pratica siamo davanti ad un ritorno di quelle che erano le idee precedenti a quando gli Alvarez formularono l'idea del meteorite e cioè che alla radice del problema c'erano dei cambiamenti climatici, in particolare un forte riscaldamento la cui causa, come ipotizzato dagli anni '80, sono i basalti del Deccan. Vediamo perchè.

1. il K/T è stato solo l'epilogo di tutta una serie di fenomeni che hanno provocato una lunga serie di problemi alla vita sulla Terra nel Maastrichtiano superiore. C'è una precisa relazione fra l'evoluzione climatica del Maastrichtiano superiore e del Daniano inferiore con le 3 fasi principali dell'attività nel Deccan. L'impatto invece è avvenuto quando la perturbazione climatica e quella biotica erano in corso da un bel po' di tempo

2. le estinzioni di massa sono legate dal punto di vista temporale con l'attività delle Large Igneous Provinces (LIP): un evento di LIP consiste nella produzione di parecchie centinaia di km3 di magmi (se non milioni). In questa immagine i tassi di estinzione sono confrontati alle LIP: vediamo chiaramente il legame fra i trappi siberiani con l'estinzione di fine Permiano e fra la Provincia dell'Atlantico Centrale con l'evento di fine del Triassico. 
E anche alla fine del Cretaceo c'era una attività di Large Igneous Province simile, i Trappi del Deccan, una serie impressionante di lave che nella Penisola Indiana coprono oggi, dopo 65 milioni di anni di erosione, circa 500.000 kilometri quadrati con spessori che raggiungono i 2000 metri. È una quantità inimmaginabile, capace di coprire tutta l'Italia, isole comprese, con tre Km di lave!

Le LIP degli ultimi 300 milioni di anni (più quella della Yacuzia un pò più antica)

La più antica connessione del genere oggi accertata è quella tra l'estinzione alla fine del Cambriano inferiore e la provincia magmatica di Kalkarindji in Australia, circa 510 milioni di anni fa ma è probabile che si possa andare ancora più indietro, anche a 2 miliardi di anni fa. 
Le uniche eccezioni sembrano essere l'evento di metà Carbonifero e quello di fine Eocene, che condividono un'altra caratteristica: hanno preceduto l'instaurarsi di importanti cicli glaciali

3. il cratere dello Yucatan non è datato al passaggio Cretaceo / Paleocene ma lo precede di qualche decina di migliaia di anni, probabilmente tra 120 e 150 mila: lo si nota perché sopra ai prodotti dell'impatto ci sono sedimenti del Maastrichtiano terminale.

Questo è certificato dalla Commissione internazionale di stratigrafia geologica, secondo la quale il limite K/T viene definito dalla presenza di anche una sola di queste caratteristiche: 
- fase acuta dell'anomalia dell'Iridio, estinzione di tutte le specie tipicamente cretacee di foraminiferi planctonici, a parte Guembelitria cretacea (una forma resistente ad acque particolarmente acide e prive di Ossigeno)
- la presenza dei primi foraminiferi tipicamente paleocenici (ad esempio Parvuloglobigerina eugubina )
- la particolare variazione del δ¹³C, il rapporto fra la quantità di ¹²C e ¹³C nei sedimenti e nei gusci animali (lo stesso osservato alla fine del Triassi
co e alla fine del Permiano, per esempio). 
Non ci sono gli ejecta dell'impatto perché, appunto, è avvenuto prima

l'enorme estensione dei Trappi del Deccan

4. secondo l'ipotesi dell'impatto il K/T è stato un momento freddo e buio a causa delle polveri dell'impatto e degli incendi; invece è successo l'esatto contrario: il limite si colloca durante un forte riscaldamento iniziato circa 50.000 anni prima, provocato dalle emissioni di gas – serra (soprattutto CO2) provenienti dal Deccan. È vero che tra la collisione ed il K/T c'è stato un momento un po' più freddo, in cui è persino possibile la presenza nelle zone polari di piccole calotte glaciali (il che giustificherebbe il momentaneo abbassamento di qualche decina di metri del livello marino) (3). Ma questa fase più fresca è stata causata dai gas e dai volatili rilasciati nella stratosfera nei momenti iniziali della seconda fase dell'attività in India (quella più forte e che era in corso al K/T). È interessante notare che anche negli altri episodi di estinzione di massa la fase acuta si è avuta durante una fase di riscaldamento e aumento del livello marino che ha seguito un momentaneo abbassamento del livello marino in condizioni climatiche più fresche (4)

5. l'estinzione improvvisa dei foraminiferi planctonici è visibile se (e solo se) non viene riconosciuta l'esistenza di una lacuna di sedimentazione, cioè di un momento in cui per qualche motivo, per un certo tempo cessa la deposizione dei sedimenti. In questo caso il problema è dovuto a quella fase a basso livello marino di cui ho parlato qui sopra. Dove invece la sedimentazione è continua si nota una gradualità nelle estinzioni, Fra i casi più noti cito El Kef in Tunisia, Nye Klov in Danimarca o il bacino del Krishna – Gadavari in India, ma ce ne sono decine di altri (5).

6. Il K/T è stato un momento di particolare acidità delle acque marine per il forte aumento del contenuto di CO₂. Per gli impattisti proveniva dalla fratturazione dei calcari della piattaforma carbonatica dello Yucatan causata dall'impatto. In realtà il fenomeno è iniziato molto prima dell'evento cosmico ed è stato provocato dalle emissioni di gas legate al vulcanismo del Deccan. Si può inoltre notare che dopo la fase acuta del K/T una diminuzione dell'acidità coincide con un tentativo di recupero della biodiversità; questo tentativo è stato bloccato da un nuovo aumento dell'acidità, avvenuto in corrispondenza della terza fase parossistica dell'attività indiana. Non ci sono evidenze di un aumento dell'acidità scatenato dall'impatto

7. anche l'anomalia dell'Iridio viene dal Deccan: ho scritto un post specifico su questo argomento, che riassumo brevemente: è stata notata nei volatili prodotti da magmi alcalini intraplacca, ad esempio nella corrente eruzione del Kilauea (6) e nei vulcani antartici delle Pleiadi. E, particolare di non trascurabile importanza, la contengono anche i volatili prodotti dal Piton de la Fournaise, il vulcano che è oggi situato dove stava passando l'India nel momento in cui si producevano i Trappi del Deccan (7).

Inoltre come si vede dalla figura tratta dal lavoro del team degli Alvarez del 1980, a Gubbio l'anomalia inizia ben prima del K/T, ha una interruzione e poi riprende fino al picco della fine del Cretaceo (8). Mi spiegate come è possibile che l'anomalia sia iniziata PRIMA della caduta se viene da questa? Inoltre quella prima fase in cui l'iridio aumenta corrisponde (toh...) alla prima fase dell'attività nel Deccan.
Anche nello Yucatan l'anomalia ha un andamento simile a Gubbio.
L'anomalo contenuto di Iridio nei volatili si forma a causa di reazioni nella fase volatile dei magmi alcalini prima che eruttino

8. le microsferule dei sedimenti del K/T non sono alterazione di tectiti (con questo termine si definiscono particelle vetrose prodotte dalla fusione improvvisa delle rocce a causa del calore prodotto dall'attrito con l'atmosfera e dalla collisione stessa e che si sono risolidificate più velocemente di quanto sarebbe stato necessario per formare dei cristalli), ma hanno una origine sedimentaria locale.

9. il K/T è un momento in cui la percentuale di argille smectitiche aumenta temporaneamente diverse volte rispetto alla normalità in cui si depositano argille illitiche. Queste smectiti hanno un forte arricchimento in Ferro, Magnesio e altri elementi metallici contenuti nelle lave del Deccan

10. Anche la presenza di fullereni non implica che siano stati prodotti dagli incendi seguiti all'impatto: ceneri e fullereni sono relativamente comuni in molti sedimenti del Cretaceo superiore a causa della grande diffusione all'epoca di incendi boschivi che era dovuta al contenuto di ossigeno nell'atmosfera, più alto di oggi. Le condizioni di maggiore aridità durante il riscaldamento del Maastrichtiano terminale ne hanno ulteriormente aumentato la frequenza. Da notare che proprio gli incendi sono una parte essenziale delle motivazioni per cui le angiosperme hanno in gran parte sostituito le conifere nella seconda metà del Cretaceo.

11. secondo gli impattisti un livello spesso fino a 3 metri lungo la costa del Golfo del Messico fra Messico settentrionale e Texas rappresenta i depositi dello tsunami provocato dall'impatto. Ora, a parte la ricostruzione molto fantasiosa degli eventi (onda di ritorno compresa...) il livello mostra 3 lunghe interruzioni della deposizione contrassegnate da paleosuoli e tracce di attività degli animali che vivevano sul (e nel) fondo marino. In realtà questo livello risale alla famosa fase a basso livello marino di cui sopra in cui ci sono state temporanee interruzioni della sedimentazione ordinaria e ripristinate le condizioni normali la sedimentazione è ritornata ad essere quella marnosa precedente

12. ci sono diverse evidenze sul fatto che l'epicentro della crisi biotica sia stato in India e non nei Caraibi

13. recenti studi sul paleomagnetismo hanno dimostrato che le lave della seconda fase dei trappi del Deccan si sono deposte in un tempo ridottissimo, poche decine di migliaia di anni (9). La concentrazione estrema delle eruzioni ha rivoluzionato i modelli climatici che invece consideravano una attività protrattasi per diverse centinaia di migliaia di anni, secondo i quali era difficile che i gas emessi dalle eruzioni potessero concentrarsi in maniera tale da provocare tutti questi danni

14. l'eruzione in Islanda del Laki nel 1783 (ne ho parlato qui) rappresenta una simulazone anche se debolissima di cosa succede durante un evento di Large Igneous Province: con “solo” 17 km3 di magma prodotti (contro le decine di migliaia di una singola colata di LIP) una nebbia secca avvolse l'Europa, provocando danni all'agricoltura e un aumento del tasso di mortalità per patologie respitatorie e – a cascata – cardiache.

15. e questa è l'ultima (e la più bella): le più recenti tracce di esistenza dei dinosauri sicuramente datate precedono il K/T di almeno 400.000 anni, anche nella mitica formazione di Hell Creek nel Montana. Di fatto non è ancora stata dimostrata la presenza di dinosauri in epoche più vicine al K/T: chiunque lo dice non porta chiare dimostrazioni: sono chiaramente fossili del Maastrichtiano superiore ma non ci sono indizi che appartengano proprio alla fase finale. E non lo dico io ma J.Davis Archibald, che è uno dei massimi esperti del settore, secondo il quale non è dato sapere ancora se i dinosauri si sono estinti improvvisamente o gradualmente, né di rpeciso quando. Si nota comunque una diminuzione della loro diversità in tempi precedenti (10).

Concludendo, i trappi del Deccan sono una causa decisamente convincente per capire le motivazioni e l'andamento dell'estinzione di massa di fine Cretaceo, mentre l'impatto dello Yucatan assolutamente non lo è.

E anche Alvarez figlio adesso si sta limitando a proporre che l'impatto abbia in qualche modo accelerato la messa in posto dei basalti della seconda fase del magmatismo indiano.

Ma quello che è successo nel Deccan è successo diverse altre volte, e senza un meteorite a rompere le scatole....

(1) Alvarez W e Asaro (1990) Un impatto extraterrestre. Le Scienze 204, 40–46

(2) Courtillot (1990) Un'eruzione vulcanica. Le Scienze 268, 47–54

(3) Miller et al., (2005) Visions of ice sheets in a greenhouse world. Marine Geology 217, 215–231

(4) Keller et al., (1993) Gradual mass extinction, species survivorship, and long-term environmental changes across the Cretaceous-Tertiary boundary in high latitudes. Geological Society of America Bulletin 105/8; 979 – 997

(5) Hallam e Wignall (1999) Mass extinctions and sea-level changes Earth-Science Reviews 48, 217–250

(6) Olmez et al., (1986), Iridium emissions from Kilauea Volcano. Journal of Geophysical Research – Solid Earth 91/B1, 653–663

(7) Toutain & Meyer (1989) Iridium‐bearing sublimates at a hot‐spot volcano (Piton De La Fournaise, Indian Ocean), Geophys. Res. Lett.16(12), 1391-1394

(8) Alvarez L. et al., 1980, Extraterrestrial causes for the Cretaceous - Tertiary extinction K/T Experimental results and theoretical interpretation. Science 268, 1095–1108

(9) Chenet et al., (2009) Determination of rapid Deccan eruptions across the Cretaceous-Tertiary boundary using paleomagnetic secular variation: 2. Constraints from analysis of eight new sections and synthesis for a 3500-m-thick composite section. Journal of Geophysical Research, vol 114, no. B6, B06103, pp. 1-38., 0.1029/2008JB005644

(10) Archibald J.D., (2014), What the dinosaur record says about extinction scenarios. Geological Society of America Special Papers 505, 213–224