Ulteriori indizi sul fatto che l'impatto dello Yucatan non c'entra nulla con l'estinzione dei dinosauri (nonostante quello che viene asserito anche negli articoli che presentano i due nuovi lavori)

In questi giorni sono uscite delle notizie di stampa su due lavori che hanno riguardato la tempistica delle eruzioni dei trappi del Deccan, suggerendo che il contributo dei basalti indiani all’estinzione di fine Cretaceo sia ancora da discutere e che quindi l’impatto dello Yucatan sia la causa preminente dell’evento. Niente di tutto questo. In entrambi i lavori si dice semplicemente che i meccanismi attivati dalle Large Igneous Provinces che causano le estinzioni di massa sono ancora in parte da capire e che probabilmente non è neanche vero che l’impatto abbia provocato un aumento dell’attività vulcanica, come invece è stato indicato da parecchi Autori. Ennesima dimostrazione che sia vero quanto sostengo io ne “il meteorite e il vulcano: come si estinsero i dinosauri”: la bufala colossale dell’asteoride – killer è nata esclusivamente per non attribuire a ingenti emissioni di CO2 i problemi di quello che allora si chiamava KT e oggi KPB (Cretaceous – Paleogene border).

la perfetta correlazione fra estinzioni di massa e Large Igneous Provinces

INNANZITUTTO  UNA NOTA: National Geographic riporta più o meno questa frase: Tuttavia, gli studi sono in disaccordo sulla precisa collocazione temporale e sulla durata delle eruzioni, fondamentali per risalire alle cause dell'estinzione di massa. Il primo dei due studi afferma che i Trappi del Deccan intensificarono considerevolmente l'attività eruttiva nei 100 mila anni precedenti all'impatto dell'asteroide, stravolgendo forse alcuni ecosistemi prima del colpo finale sferrato dall'asteroide. L'altro studio sostiene invece che gran parte delle eruzioni vulcaniche sarebbero occorse solo in seguito all'impatto, suggerendo che l'attività vulcanica abbia avuto un ruolo minore nell'estinzione di massa.

Ebbene, chi ha scritto queste note non ha proprio letto gli articoli. O se li ha letti è semplicemente convinto/a che i dinosauri siano stati sterminati dall’impatto, cosa che nei due articoli non è stata assolutamente scritta. Mentre i due articoli dimostrano che la crisi è iniziata ben prima del cosmico impatto ed è finita ben dopo.

L'articolo di McLean del 1978
sull'effetto serra della fine del Cretaceo

ESTINZIONI E LARGE IGNEOUS PROVINCES. Noto prima come evento K/T (Cretaceo – Terziario), oggi il passaggio Cretaceo – Paleogene viene chiamato KPB (Cretaceous – Paleogene Border), e corrisponde alla più nota delle estinzioni di massa, quella che ponendo fine 65 milioni di anni fa a 135 milioni di anni di dominio da parte dei dinosauri (o, meglio, a 185 milioni di anni di dominio degli arcosauri, oggi rappresentati solo da uccelli, coccodrilli e, possibilmente, tartarughe), aprì nuovamente la strada al dominio dei sinapsidi, rappresentati questa volta dai mammiferi. I mammiferi placentati in particolare sono i veri vincitori del dopo KPB; erano già diffusi in tutti i continenti (Australia esclusa), e quindi dovevano essere rappresentati da parecchie linee ma quelle attuali si sono differenziate abbondantemente dopo il KPB: questo – secondo me – prova che anch’essi furono duramente provati da questo evento (e da quello successivo al passaggio Paleocene – Eocene, il PETM).

In entrambi i casi, come nelle estinzioni al passaggio Permiano – Triassico e Triassico – Giurassico e in vari altri eventi “minori”, le crisi biotiche sono contemporanee alla messa in posto di una Large Igneous Province, immensa copertura di centinaia di migliaia di km cubi di lave basaltiche, come si vede nella figura iniziale.

Tutti questi eventi sono stati preceduti da una serie di situazioni, in particolare una diminuzione delle temperature e del livello del mare a cui segue una fase a forte riscaldamento, variazioni nei rapporti fra gli isotopi del carbonio e dello stronzio, acidificazione dei mari, formazione di zone prive di ossigeno al culmine della crisi etc etc

Quindi sarebbe stato facile attribuire anche l’evento della fine del Cretaceo ad una Large Igneous Province.

Purtroppo c’è un problema: il KPB è quello più studiato, vuoi perché fra è l’estinzione più recente fra quelle massicce, vuoi perché vi sono stati coinvolti gli animali forse più iconici di tutti e cioè i dinosauri, che però – forse – si erano già estinti qualche centinaio di migliaia di anni prima (Archibald, 2014). Questo problema nasce nel 1978, quando Dewey Mc Lean propose per la fine del Cretaceo problemi dovuti ad un forte effetto – serra dovuto ad un aumento del CO2 atmosferico (McLean, 1978). Tirare fuori le emissioni di CO2 è un problema ancora adesso negli USA e non solo, figuriamoci 40 anni fa.. per questo la reazione pochi mesi dopo fu la storia dell’asteroide – killer in cui il passaggio fra Cretaceo e Paleocene si era svolto in un momento buio e freddo anziché di violento riscaldamento (cosa nota da tempo, basta vedere Fantasia di Walt Disney..). E tralascio il modo con cui Alvarez e i suoi hanno trattato McLean e quelli – in genere – che non la pensavano come gli impattisti.

Recentemente anche il figlio di Alvarez ha capito che l’asteroide è caduto parecchio prima del limite, in un articolo in cui, comunque si sostiene che la virulenza dei Trappi del Deccan sia dovuta all’impatto (Richards et al 2015).

Ma di “indiani” ancora attaccati al meme del meteorite ce ne sono tanti. E fuori da chi si occupa specificamente del problema non c’è verso: l’asteroide è il Killer, e chissenefrega se come durante  le altre estinzioni di massa c’era una Large Igneous Province in corso (o, meglio, le altre sì sono dovute alle LIP ma questa no…). Addirittura, è il concetto stesso di Large Igneous Provinces che è sconosciuti ai più (e, aggiungo, difficilmente immaginabile proprio per l’immensità di queste eruzioni)

Fondamentalmente ci sono due modelli che legano le Large Igneous Provinces ai cambiamenti ambientali (Bond e Wignal, 2014):

• rilascio di CO2 da parte dell’attività vulcanica, che provoca riscaldamento globale, acidificazione degli oceani e destabilizzaizone del ciclo del carbonio
• iniezione di SO2 nella stratosfera, con la sua conversione in aerosols, che provocano un raffreddamento, e piogge acide (ben spiegato in Schmidt et al 2016) 

In realtà queste sono probabilmente due sfaccettature diverse dello stesso problema. In particolare il secondo fenomeno può essere ben visto come la causa del raffreddamento che precede il riscaldamento con cui si avvia l’acme dell’evento di estinzione, anche perché questi due meccanismi hanno tempi diversi di formazione e di durata: gli effetti delle emissioni di SO2 da una singola eruzione durano qualche anno, mentre, mentre l’accumulo di gas-serra permane per decine di migliaia di anni. Inoltre l'aumento della alterazione chimica delle rocce silicatiche a causa dell’acidificaizone dell’atmosfera ha come conseguenza un importante sequestro di CO2.

I NUOVI LAVORI SULLA DATAZIONE DEI TRAPPI DEL DECCAN. La discussione ovviamente verte sulla datazione dei basalti del Deccan. 

Un punto fermo sono stati i lavori della Chenet e soci, che avevano trovato 3 fasi principali (Chenet et al 2009). Ma vediamo le ultime novità.

Nel primo lavoro Schoene et al (2019) hanno datato gli zirconi di alcune lave e di alcuni tufi del Deccan con il metodo U-Pb, che fornisce una forbice di circa 40.000 anni, considerando cristalli presumibilmente formatisi durante o poco prima della messa in posto delle lave. Secondo queste datazioni i trappi del Deccan si sono messi in posto in 4 principali eventi massicci, ciascuno di durata di circa 100.000 anni, separati da periodi di relativa quiescenza: 

• tra 66.3 e 66.15 Ma (varie formazioni basali)
• tra 66.1 e 66.0 Ma (Poladpur)
• tra 65.9 e 65.8 Ma (Ambenali)
• tra 65.6 e 65.5 Ma (Mahabaleshwar). 

Come datazione di riferimento per il KPB utilizzano una cenere vulcanica nel bacino di Denver, datandola a 66.016 ± 0.050 MA. Per loro c’è un 90% di probabilità che la fase di Poladpur sia iniziata qualche decina di migliaia di anni prima dell’evento di estinzione. 

Sprain et al (2019) per datare le lave usano invece il metodo 40Ar / 39Ar. Nel mio libro ho parlato di come le prime datazioni con il metodo potassio – argon erano ben poco precise perché l’argon tende a uscire dai reticoli cristallini se la roccia a un certo punto sale di temperatura e quindi la quantità di argon-40 derivato dal potassio-40 è minore di quello che dovrebbe esserci. Per cui si confronta la quantità di Argon 40 con quella di Argon 39, supponendo che entrambi gli isotopi abbiano avuto un ritmo di fuga simile.

I risultati sono parecchio diversi da quelli dell’altro lavoro: l’attività del Deccan sarebbe stata quasi continua per quasi un milione di anni da circa 66,413 Ma ago a 65.422 Ma ago emettendo 560.000 km3, oltre il 90% del totale di tutti i trappi del Deccan. Questi autori usano come orizzonte del KPB una cenere vulcanica che si trova 1 cm sopra l’anomalia dell’Iridio nel Montana orientale, datato a 66.052 ± 0.008/0.043 Ma con il metodo 40Ar/39Ar, che quindi si collocherebbe durante l’attività magmatica. 

Le due datazioni diverse si sovrappongono fra 66,060 e 66,066 MA. Per Sprain et al (2019) la messa in posto in 3 fasi di Chenet et al (2007) deriverebbe da un errore dovuto a pochi dati e di precisione inferiore (10 anni di perfezionamento della strumentazione sono importanti).

Però c’è un però: in base alla stratigrafia del Deccan Sprain e soci notano che l’attività sarebbe aumentata DOPO il KPB e questo pone qualche evidente problema, in quanti i maggiori cambiamenti climatici si sono verificati PRIMA del KPB. Li ricordo:

• un aumento nelle temperature globali di circa ~2.5–5°C nel tardo Maastrichtiano tra 150.000 e 450.000 anni prima del KPB (Barnet et al, 2018), che curiosamente coincide con le ultime testimonianze di dinosauri (Archibald, 2014)
• un evento di raffreddamento di ~ 5°C che porta al KPB
• nel milione di anni dopo il KPB oltre a un impulso di raffreddamento di breve durata (da mesi a millenni) (da 2° a 4°C) immediatamente dopo il KPB, abbiamo 100.000 anni di surriscaldamento (~ 5°C)

Il ciclo delle temperature è simile a quello indicato negli altri eventi di estinzione di massa, in particolare il raffreddamento nelle fasi precedenti all’evento,  che invece si colloca durante un brusco riscaldamento. 

Nello scenario di una attività continua in Deccan
 la maggior parte delle lave si sono prodotte dopo il KPB

La vastità dei Trappi del Deccsn

DATAZIONE DEL KPB E DELL’ATTIVITÀ MAGMATICA. Riepilogando:

• per Shoene et al il KPB è avvenuto dopo l’inizio della fase di Polapdur, e quindi il legame appare abbastanza chiaro anche se è ancora “da perfezionare” 
• mentre per Sprain et al c’è un aumento del ritmo di produzione di lave DOPO il KPB. 

Quindi per Sprain e soci la domanda è come e quando si producono i volatili che sarebbero alla base dei cambiamenti climatici a cui si deve la crisi biotica connessa ad una Large Igneous Province. In altre parole, il rilascio di gas magmatici  clima-alteranti (principalmente CO2 e SO2) è sincrono con il culmine del volume di lava eruttato o no? 

Nel caso del Deccan se il rilascio di gas fosse stato direttamente proporzionale alla produzione di magmi qualcosa non torna. Ma è estremamente probabile che non lo sia e che le emissioni di gas alteranti siano state particolarmente ingenti nelle fasi pre-eruttive. Recentemente è stato dimostrato che un ingente degassamento si verifica quando il magma risiede a profondità superficiale senza alcun flusso di lava corrispondente che generi eruzioni e i volatili sono introdotti passivamente nell'atmosfera attraverso faglie preesistenti e sistemi idrologici superficiali (Edmonds e Wallace 2017). Soprattutto, le porzioni crustali intorno e sopra il magma sarebbero sottoposte ad un riscaldamento (quello che forma le aureole metamorfiche intorno ai graniti) e quindi a reazioni chimiche che rilasciano volatili, in particolare carboni e/o idrocarburi e/o sedimenti evaporitici, comuni nelle sequenze che si formano nelle zone di rift nelle quali si impostano di preferenza le Large Igneous Provinces: ad esempio i carboni sono stati proposti come fonte di CO2 per i trappi siberiani e l’estinzione di fine Permiano (Blacks et al, 2012). mentre gli idrocarburi come fonte del riscaldamento al passaggio Paleocene – Eocene prima della messa in posto della provincia magmatica dell’Atlantico settentrionale (Arnes et al, 2016).

Effetti atmosferici delle emisisoni delle Large Igneous Provinces

Quindi le emissioni possono essere disaccoppiati dall'attività eruttiva e Sprain et al (2019) propongono questo modello:

1. i primi magmi che sono risaliti dal mantello sotto il Deccan hanno perso una grande quantità di volatili magmatici (soprattutto CO2) prima delle eruzioni superficiali quando si sono fermati nella nella crosta superiore;  l’emissione di questi volatili ha provocato il riscaldamento globale (Sobolev, 2011), anche se fra i gas che si sono formati durante il metamorfismo delle rocce adiacenti alle riserve magmatiche non c’erano idrocarburi o carboni, come suggeriscono la geologia dell’area e il fatto che non è stato destabilizzato in questa fase il rapporto isotopico del Carbonio

2. Successivamente, proseguendo nel tempo verso il KPB, il trend varia verso il raffreddamento a causa di tre meccanismi: 

(a) i primi magmi avrebbero persistentemente iniettato in atmosfera zolfo che ha formato degli aerosol e provocato un raffreddamento globale, che per i quantitativi in gioco è forzatamente maggiore di quello provocato dalle esplosioni vulcaniche come quella del Tambora del 1815 o del Pinatubo nel 1991 

(b) l’acidità atmosferica provocata dall’aumento del CO2 e di SO2 ha aumentato l’alterazione chimica dei silicati, un processo che sequestra appunto del CO2 ed è dimostrato dalle alterazioni del rapporto isotopico dello stronzio e 

(c) diminuisce sensibilmente l’apporto di volatili dovuto al metamorfismo della crosta intorno ai magmi  

Notate che una buona parte degli avvenimenti sono accaduti PRIMA dell’impatto dello Yucatan e quindi si conferma ancora una volta che l’evento astronomico non c’entri assolutamente niente. 

Pertanto è probabile che dal punto di vista della capacità di promuovere una estinzione di massa o no la discriminante principale fra una Large Igneous Province che lo faccia e un’altra che non lo faccia siano le caratteristiche chimiche e stratigrafiche al di sotto della superficie terrestre sopra la quale i basalti si mettono in posto: senza un importante contributo proveniente dal metamorfismo di materiali crustali le Large Igneous Provinces non hanno un grande effetto biotico; sarebbe questo quindi il motivo per cui i basalti di Paranà – Etendeka, messi in posto in una zona in cui l’Oceano Atlantico doveva ancora aprirsi e all’epoca piuttosto interna al continente composto da Africa e America meridionale, abbiano avuto effetti piuttosto modesti sul bioma (Jones et al, 2016). 

In conclusione i due lavori forniscono cronologie e dinamica molto diverse sulla tempistica delle eruzioni del Deccan e resta ancora molto da scoprire su come il magmatismo del basalto inondazioni contribuisca alle estinzioni di massa. Ma chiedere come fanno una rivalutazione fondamentale del ruolo delle eruzioni del Deccan nell'estinzione di massa del KPB  non significa assolutamente rimettere in gioco l’impatto dello Yucatan come fattore scatenante dell’estinzione. come invece si è letto da diverse parti.

• Archibald (2014) What the dinosaur record says about extinction scenarios GSA Sp Pap 505, 213-224 
• Arnes et al 2016 Contact metamorphism and thermogenic gas generation in the Vøring and Møre basins, offshore Norway, during the Paleocene–Eocene thermal maximum Journal of the Geological Society 172, 588-598
• Barnet et al (2018) A new high-resolution chronology for the late Maastrichtian warming event: Establishing robust temporal links with the onset of Deccan volcanism Geology 46/2, 147–150 
• Blacks et al 2012 Magnitude and consequences of volatile release from the Siberian Traps
• Earth and Planetary Science Letters 317–318, 363-373
• Bond e  Wignall, 2014 Large igneous provinces and mass extinctions: An update Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 505,  29–55 (2014)
• 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 J. Geophys. Res., 114, B06103, DOI:10.1029/2008JB005644. 
• Edmonds e Wallace 2017 Volatiles and Exsolved Vapor in Volcanic Systems Elements 13 (1): 29-34.
• Jones et al., 2016, The effects of large igneous provinces on the global carbon and sulphur cycles. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 441/1, 4-21
• McLean 1978, A terminalmesozoic “greenhouse”: lessons from the past. Science 201, 401–406
• Richards et al. 2015 Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact GSA Bulletin 127, 1507 – 1520
• Schmidt et al 2016 Selective environmental stress from sulphur emitted by continental flood basalt eruptions Nat. Geosci. 9, 77–82
• Schoene et al 2019 U-Pb constraints on pulsed eruption of the Deccan Traps across the end-Cretaceous mass extinction Science 363, 862-866 
• Sobolev et al 2011 Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes Nature 477, 312–316