Il collegamento fra quattro delle 5 maggiori estinzioni di massa e la messa in posto di Large Igneous Provinces (LIP) è ormai acclarato da tempo. Per quanto riguarda invece la fine dell’Ordoviciano, fino ad oggi non c’era una LIP corrispondente e quindi si sono scatenate le ipotesi extraterrestri più varie (asteroide, supernova etc etc), che però non spiegano i parametri geochimici dei sedimenti dell’epoca. Un lavoro ha finalmente identificato nell’Iran settentrionale la large igneous province di Alborz, databile appunto all’Ordoviciano superiore, evidenziando quindi l’ultimo collegamento mancante fra una LIP e una importante estinzione di massa, nella quale è scomparso l’85% delle specie viventi, risolvendo un problema che si è trascinato per decenni.
LARGE IGNEOUS PROVINCES ED ESTINZIONI DI MASSA. Le Large Igneous Provinces sono delle enormi serie magmatiche, dell’ordine delle centinaia di migliaia se non di milioni di km cubi di magmi, che si mettono in posto in tempi geologicamente brevi. C’è una ampia letteratura che dimostra il legame fra queste enormi eruzioni e gli eventi di estinzione di massa, ad esempio i Trappi della Jacuzia per l’estinzione del Devoniano superiore, i trappi siberiani per la fine del Permiano, i basalti dell’Atlantico centrale per la fine del Triassico e i trappi del Deccan per la fine del Cretaceo (quest’ultimo caso piaccia o non piaccia ai sostenitori dell’asteroide – killer). Anche le estinzioni “minori” sono avvenute in corrispondenza di eventi vulcanici di quel tipo (Kasbohm et al., 2021), per esempio l'estinzione del Cambriano inferiore (basalti di Kalkarindji), del Permiano medio (trappi di Emeishan), gli eventi anossici del Cretaceo (diversi plateau oceanici), il passaggio Paleocene - Eocene (basalti dell'Atlantico settentrionale). Sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare l’associazione fra LIP ed estinzioni di massa, fra i quali i più importanti sono un raffreddamento globale nelle fasi iniziali dell’attività dovuto a importanti emissioni di polveri che loccno la radiazione solare, il riscaldamento globale in corrispondenza del parossismo di attività dovuto alle emissioni di CO2 e SO2, l’anossia nei mari, il rilascio di gas tossici o metalli, l’acidificazione degli oceani e delle piogge. Una sintesi la potete leggere in Ernst et al. (2021). Ho parlato spesso di questo rapporto causa - effetto sia su Scienzeedintorni che sul mio libro "il meteorite e il vulcano, come si estinsero i dinosauri".
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| la breve durata dei piani dell'Ordoviciano superiore e del Siluriano inferiore dimostra il prolungato turn-over faunistico |
UNA GRANDE ESTINZIONE DALLE CAUSE FINORA NON CHIARE. L'estinzione di massa del tardo Ordoviciano, a causa della sua drammatica perdita di specie, è ampiamente considerata come la seconda più grande delle "Big Five", i 5 maggiori eventi di estinzione di massa del Fanerozoico, a partire dal lavoro di Raup e Sepkoski (1982).
Come ho scritto, questa estinzione ha avuto finora la particolarità di essere l'unica non associata ad una Large Igneous Province, circostanza che ha ovviamente scatenato la corsa alla ricerca di cause extraterrestri (asteroide e supernova in particolare). Ma il perdurare nel tempo dell'elevato turnover faunistico suggerisce un prolungarsi delle cause non proprio compatibile con eventi puntuali come quelli astronomici.
Finalmente qualcosa si è mosso negli ultimi anni, perchè un numero crescente di osservazioni ha suggerito la presenza di una intensa attività magmatica nell’Ordoviciano superiore e nel Siluriano inferiore, contemporaneo quindi al frequente turnover faunistico che caratterizza questa fase della storia della Terra. Per questo molti ricercatori hanno postulato una LIP come fattore scatenante anche dell’evento di fine Ordoviciano. Ad esempio Li et al. (2021) hanno evidenziato in una serie stratigrafica di quella fase nel sud della Cina un nesso causale tra eventi vulcanici, perturbazioni nel rapporto isotopico di carbonio e zolfo e cambiamenti ambientali durante il tardo Ordoviciano e il primo Siluriano. Di conseguenza, hanno proposto due periodi di intensificato vulcanismo, il primo tra il Katiano e l’Hirnantiano inferiore e il secondo dal tardo Hirnantiano all’inizio del Siluriano. Nel tempo sono state indicate alcune aree di attività vulcanica potenzialmente in grado di provocare queste variazioni (Siberia orientale, Corea del Sud, Argentina, Canada orientale) ma non paiono essere al livello di una large igneous province (Ernst e Youbi, 2017).
GONDWANA, TERRENI CIMMERICI E PALEOTETIDE. In pratica la tettonica degli ultimi 500 milioni di anni si potrebbe riassumere così: una perdita di pezzi da parte di un supercontinente meridionale aggregatosi circa 500 milioni di anni fa, che a parte l’Antartide a poco a poco si stanno riagglomerando in un continente settentrionale.
Questo continente di 500 milioni di anni fa comprendeva tutti i continenti a parte le masse ora corrispondenti a America settentrionale (Laurentia), Europa Settentrionale (Baltica) e quasi tutta la Siberia ed è noto in genere come Gondwana ma io, seguendo Powell et al (1999), preferisco usare il termine Pannotia, riservando il termine Gondwana solo a quella parte che si è separata nel Mesozoico per dare vita ai singoli continenti meridionali attuali (ne ho accennato qui)
Nell’Ordoviciano inizia uno dei principali eventi di fratturazione del supercontinente, con il distacco dei “terreni cimmerici”, e cioè una gran parte dei blocchi che ora formano Turchia, Azerbaijan, Iran, Afghanistan e Tibet. Fra questi e il Gondwana si formerà la Paleotetide. Questi terreni poi si sono scontrati nel Triassico con il Kazhakstan e altri blocchi per formare l’Asia. La collisione fra i terreni cimmerici e il Kazakhstan ha provocato la formazione nel Triassico dell’orogene dei Monti Alborz, che si estende in modo sinuoso per circa 2000 km dal Piccolo Caucaso dell'Armenia e dell'Azerbaigian a ovest fino al Kopet-Dagh che segna il confine fra Iran e Turkmenistan, ai Monti Paropamisus dell'Afghanistan settentrionale. In seguito la Paleotetide è stata chiusa nl Terziario quando altre parti del vecchio supercontinente, Afro-Arabia e India, si sono nuovamente uniti ai terreni cimmerici ormai amalgamati nell’Asia (ne ho parlato sempre nel post linkato prima).
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| l'orogene triassico di Alborz con in rosso le aree studiate da Derakhshi et al (2022 |
LA (NUOVA) LARGE IGNEOUS PROVINCE DI ALBORZ. Nell'Iran settentrionale la letteratura scientifica ha documentato una vasta serie di magmi, in genere alcalini, messi in posto in un ambiente intraplacca tra l’Ordoviciano medio e il Siluriano, con degli impulsi coevi con le tracce di magmatismo trovate in Cina e non solo. Sono distribuiti su una lunghezza di 1700 km e in alcuni casi il loro spessore è superiore ai 1000 metri.
- Questa attività era già stata messa in relazione con il rift continentale che alla fine ha portato all'apertura della Paleotetide.
- Derakhshi et al (2022) hanno unito tutti questi magmi in una Large Igneous Province che chiamano LIP di Alborz.
Dobbiamo inoltre notare che il periodo che precede l'apertura di un nuovo bacino oceanico rappresenta le condizioni geodinamiche ideali per la formazione di Large Igneous Provinces (e in genere di un magmatismo abbondante, come è successo ad esempio dal passaggio Permiano - Triassico e fino al passaggio Paleocene - Eocene prima delle separazioni fra continenti chge hanno guidato la formazione dell’Oceano Atlantico e dell’oceano Indiano e quindi la fratturazione del Gondwana.
Per quanto riguarda la tempistica degli eventi più che delle datazioni assolute sono importanti quelle relative, in particolare ai limiti dei piani in cui è diviso l’Ordoviciano. Nei sedimenti dell’area gli Autori evidenziano una correlazione temporale fra le anomalie del mercurio, legate alla attività magmatica e l'evento di estinzione di massa del tardo Ordoviciano. Inoltre nel Darriwilliano inizia un significativo declino globale del rapporto 87Sr/86Sr: si tratta di una tipica sintomatologia derivante da un alto tasso di alterazione chimica dei silicati dovuti alla maggior acidità dell’atmosfera e delle acque, evidentemente innescata dalle emissioni di CO2 e SO2 associate alle eruzioni.
Sulla base del lavoro sul campo, delle età relative e anche delle datazioni radiometriche l'inizio degli eventi vulcanici coincide con l’inizio del Darriwiliano; c’è poi un altro picco di attività vulcanica al passaggio Sandbiano-Katiano, mentre il culmine del vulcanismo avviene durante il tardo Katiano-Hirnantiano. È da notare che la scala geologica dei tempi funziona su base bio-stratigrafica e quindi la durata molto limitata dei piani dell’Ordoviciano superiore (l’Hirnantiano è lungo meno di due milioni di anni!) dimostra l’estrema velocità del turn-over faunistico, che continuerà anche nel Siluriano, fino a quando si concluderà l’attività del rift che ha poi portato - appunto - all’apertura della Paleotetide.
IN CONCLUSIONE: LA LIP DI ALBORZ COME CAUSA DELL’ESTINZIONE DELLA FINE DELL’ORDOVICIANO. Derakhshi et al (2022) forniscono un insieme di prove per le quali i magmi dell’Iran settentrionale costituiscono una Large Igneous Province, la cui attività diventa un valido candidato per l’innesco dei cambiamenti ambientali alla base dell’estinzione di massa della fine dell’Ordoviciano, colmando una importante lacuna nelle connessioni fra eventi biotici ed eventi geologici nella storia della Terra.
BIBLIOGRAFIA
Derakhshi et al (2022), Ordovician-Silurian volcanism in northern Iran: Implications for a new Large Igneous Province (LIP) and a robust candidate for the Late Ordovician mass extinction Gondwana Research Gondwana Research 107 (2022) 256–280
Ernst et al (2021). Large Igneous Province Record Through Time and Implications for Secular Environmental Changes and Geological Time-Scale Boundaries. Chapter 1 In: Ernst, et al (eds.) Large Igneous Provinces: A Driver of Global Environmental and Biotic Changes. AGU Geophysical Monograph 255, pp. 3-26.
Ernst e Youbi (2017). How Large Igneous Provinces affect global climate, sometimes cause mass extinctions, and represent natural markers in the geological record. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 478, 30–52.
Kasbohm, et al (2021). Radiometric Constraints on the Timing, Tempo, and Effects of Large Igneous Province Emplacement. In: Ernst et al (eds.) Large Igneous Provinces: A Driver of Global Environmental and Biotic Changes. pp. 27-82.
Kozik et al (2022) Rapid marine oxygen variability: Driver of the Late Ordovician mass extinction , Sci. Adv. 8, eabn8345 (2022)
Li et al, (2021). Carbon and sulfur isotope variations through the Upper Ordovician and Lower Silurian of South China linked to volcanism. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 567
Powell et al (1995). Did Pannotia, the latest Neoproterozoic southern supercontinent, really exist?: Eos (Transactions, American Geophysical Union), Fall Meeting,76,46, p.172 3.
Raup e Sepkoski Jr (1982). Mass extinctions in the marine fossil record. Science 215, 1501–1503
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