Le grandi estinzioni di massa spiegate con gli espandimenti basaltici

Mi riallaccio al post che avevo scritto giusto un anno fa sull'argomento perchè della vicenda se n'è parlato parecchio negli ultimi giorni.

Le estinzioni di massa hanno sempre messo a dura prova geologi e biologi ed è sempre stata motivo di scontro fra diverse ipotesi e persino negata da alcuni creazionisti che addirittura sostengono che il biblico racconto di Giona si riferisca ad un diplodoco. Il problema fondamentale è che accadimenti simili non possono essere spiegati con il principio dell'attualismo, nel senso che in quei momenti ci sono stati dei fenomeni particolari, non comuni nella storia del nostro pianeta.

ASTEROIDE O VULCANISMO? SI RIAPRE LA QUERELLE. L'estinzione più studiata e dibattuta (anche se non la più violenta) è quella della fine del cretaceo, che ha permesso ai mammiferi di passare al vertice della catena biologica scalzando i dinosauri.

Per spiegarla è stato evocato tutto, dalla mano di Dio a malattie, variazioni climatiche etc etc. Alla fine la competizione darwiniana su queste idee ne ha lasciate in piedi solo due, le “più adatte” a spiegare i motivi della catastrofe: l'asteroide e le eruzioni del Deccan, avvenimenti entrambi che si sono svolti proprio in quel particolare momento

Purtroppo il dibattito è un po' viziato dai preconcetti di chi “crede” (nel pieno senso della parola!) ad una ipotesi piuttosto che all'altra, e non mi riferisco soltanto agli Alvarez, i primi ideatori della teoria dell'asteroide. Come dice anche un mio amico molti “credono” nell'una o nell'altra ipotesi, rifiutando persino di considerare attendibili le possibili prove del campo avverso.

Si comincia con un articolo su Science in cui un pool internazionale di ricercatori in base a dati geochimici, paleontologici e geofisici conferma che la caduta dell'asteroide ha provocato il disastro.

A questi rispondono altri ricercatori capitanati da Michael Prauss dell'Università di Berlino, secondo i quali nei sedimenti texani che hanno esaminato si evidenziano grossi cambiamenti climatici preesistenti all'impatto dell'asteroide. Quanto alla causa, la indicano nelle eruzioni basaltiche che all'epoca stavano formando i trappi del Deccan'.

I PROBLEMI DELLE DUE IPOTESI. L'impatto è sicuramente anteriore al K/T e nessuno può dubitare che il cratere ci sia e abbia un'età quantomeno vicina a quella dell'evento. Ma i sostenitori di questa ipotesi devono affrontare alcune questioni:

- alcune ricerche dimostrerebbero che l'impatto di Chuxchub (si scrive così???) sia avvenuto un po' prima dell'estinzione (c'è chi parla di 300.000 anni prima). Il che è un ostacolo notevoli per chi sostiene una catastrofe biologica immediatamente posteriore allo schianto.

- la fine del Cretaceo è stato un periodo piuttosto difficile per la vita, in particolare per quella marina: il livello dei mari si è innalzato e si sono formati una serie di bacini marini poco profondi in cui la circolazione delle acque era molto difficile, come l'odierno Adriatico. Questo ha avuto delle grosse ripercussioni su tutta la catena biologica delle piattaforme continentali, colpendo per esempio le ammoniti, in grave difficoltà di suo nel Cretaceo Superiore e sicuramente ha diminuito l'area a disposizione degli animali terrestri, segnatamente quella delle zone umide vicine al mare, notoriamente fra le più ricche di vita, almeno prima della colonizzazione umana e delle bonifiche.

- a Gubbio, come avevo già segnalato, nella famosa serie del Bottaccione ci sono due livelli di sedimenti simili a quello corrispondente al K/T e che sono correlati a due AOE (eventi anossici oceanici). 

Entrambi sono coevi a due piccoli picchi di estinzione di specie, cioè a delle estinzioni di massa “minori”, sempre avvenuti nel cretaceo e per la precisione nell'aptiano (“livello Selli”), e al limite cenomaniano – turoniano (“livello Bonarelli”). Sono stati attribuiti a fasi in cui un forte vulcanismo ha pesantemente alterato la composizione dell'atmosfera. Possibile allora che il livello simile, corrispondente al K/T, abbia un'origine diversa?

- Passiamo agli animali: come fa notare sotto pseudonimo un noto geologo su paleofox gli anfibi sono passati indenni e gli Aracnidi, che sono in cima alla piramide alimentare nel "microcosmo", pure. Vista la sensibilità al problema dell'acidità delle acque e degli UV tipica degli anfibi la cosa appare quantomeno contrastante.

Come gli anfibi, sono sopravvissuti coccodrilli e tartarughe acquatiche. Quindi sembra che gli ambienti umidi di fiume siano stati risparmiati, nonostante le piogge acide che sarebbero state innescate dall'impatto.

I sostenitori dell'origine vulcanica devono invece confrontarsi con le sferule e con l'anomalia nell'iridio presenti nei sedimenti dell'epoca. C'è chi sostiene che entrambi i fenomeni possono essere spiegati dalle eruzioni e addirittura i ricercatori canadesi Turgeon e Creaser hanno trovato l'anomalia dell'iridio anche nel “livello Bonarelli”. Quanto alle sferule, le stesse sono eruttate attualmente dal vulcano Piton de la Furnace, un vulcano nell'Oceano Indiano posto dove ora la zolla indiana sta passando sopra al punto del mantello terrestre in cui è situato il pennacchio caldo che 65 milioni di anni fa dette origine ai trappi (all'epoca la crosta dell'India passava proprio sopra quel punto). 

Alti valori di iridio sono stati misurati pure nelle lave del Kilauea, nelle Hawaii, il cui vulcanismo ha un meccanismo di formazione simile a quello dei Trappi.

Poi, aggiungo, siccome il meteorite è cascato davvero, potrebbero anche provenire da quello senza che però sia stato proprio lui ainnescare il disastro.

CONFRONTO FRA LE VARIE ESTINZIONI DI MASSA ALLA RICERCA DI UN DENOMINATORE COMUNE. Per capire l'origine delle estinzioni di massa occorre confrontarle fra loro e capire se c'è un unico comun denominatore. Ed è stato trovato: la formazione contemporanea agli eventi dei LIP (large igneous provinces), espandimenti basaltici improvvisi o quasi come appunto quelli del Deccan,

Nel Permiano medio ci sono tracce di una estinzione generalizzata (estinzione guadalupiana). Contemporaneamente si nota la deposizione di una forte copertura basaltica in quella che oggi è la Cina meridionale, che ha formato la cosiddetta Emei Shan flood basalt province. Queste eruzioni sarebbero avvenute in un mare poco profondo.

La cosiddetta “madre di tutte le estinzioni” è quella alla fine del Permiano. Negli ultimi anni è stata addebitata a un riscaldamento della Terra con l'interruzione della circolazione oceanica o alla emissione di gas dal bacino dello Zechstein, un enorme lago salato che si estendeva tra le attuali Gran Bretagna, Germania Settentrionale e Polonia le cui emissioni di gas idrogenati (cloroformio, tricoloroetilene ed altri), avrebbero avvelenato l'atmosfera; idea a prima vista fantasiosa ma venuta alla luce perchè dei depositi salini hanno davvero emesso questi gas. Però notiamo come alla fine del Permiano ci sono state le eruzioni dei Trappi siberiani, che rappresentano il più grande plateau basaltico conosciuto. Formatisi in un tempo molto ristretto, tra 248 e 250 milioni di anni fa, coprono una superficie di 25 milioni di kmq, cioè 3 volte gli Stati Uniti: è come se uno spessore di 3 metri avesse coperto tutto il globo terrestre. Sotto ai trappi ci sono dei forti spessori di evaporiti, per cui la dispersione in atmosfera di composti venefici come cloroformio e altri alogenati sarebbe stat causata dall'interazione dei magmi con le evaporiti. Quindi si spiegano così e non con rilasci dallo Zechstein i livelli ricchi in questi composti trovati nei sedimenti dell'epoca in diverse parti del mondo.

Anche l'estinzione di fine Triassico è contemporanea all'effusione di grossi espandimenti basaltici, quelli della Provincia Magmatica dell'Atlantico Centrale, precursori dell'apertura dell'Oceano Atlantico. Diffusi tra USA sudorientali, Africa Occidentale e America Meridionale, in Amazzonia i basalti si sono intrusi in una serie di evaporiti

Quanto al K/T i basalti del Deccan, è quasi certo che al di sotto vi siano evaporiti: i magmi hanno tracce di contaminazioni crustali.

Un espandimento basaltico è corrispondente anche al limite Paleocene – Eocene. Nell'occasione le coperture hanno interessato alcune zone attorno all'Atlantico Settentrionale, tra Groenlandia e Gran Bretagna, probabilmente correlato alla apertura di questo braccio oceanico.

In questo caso c'è stata una forte estinzione di foraminiferi bentonici.

LE ESTINZIONI SONO COLLEGATE ALLE LIP?. Da questi dati appare chiaro che tutte le estinzioni di massa almeno dal Permiano in poi coincidono con la formazione di grossi espandimenti basaltici, che sono spesso collegati a evaporiti. Nel caso dell'Emei Shan invece i sali potrebbero direttamente essere quelli dell'acqua marina. 

E' interessante capire l'associazione fra le due condizioni. La soluzione più semplice è che gli espandimenti basaltici arrivano in superficie grazie a zone in cui la crosta è indebolita, e le zone di rift (anche molto vecchie) sono quelle più indicate da questo punto di vista. E nelle zone di rift è facile che ci siano evaporiti.

La correlazione fra espandimenti basaltici ed estinzioni sembrerebbe quindi acclarata, però i sostenitori dell'impatto meteoritico non demordono e anzi nasce una nuova linea di pensiero: un impatto particolarmente forte porterebbe alla formazione di un espandimento basaltico più o meno nella parte opposta della Terra. Un team dell'università dell'Ohio avrebbe trovato infatti un cratere molto grande in Antartide: sarebbe vecchio di 250 milioni di anni e in posizione opposta a quella della Siberia del tempo.

Però non mi pare che 65 milioni di anni fa il Deccan e lo Yucatan fossero in simili condizioni. Allora, potrebbe davvero essere un caso che il meteorite abbia colpito lo Yucatan proprio in corrispondenza o quasi di una estinzione di massa? Bisognerebbe dire che statisticamente sia difficile. Eppure è probabile che sia così.

Le grandi estinzioni di massa: dopo il killer trovata anche l'arma del delitto?

L'idea che all'origine della fine dei dinosauri ci sia la caduta dell'asteroide nello Yucatan e non le eruzioni dei Trappi del Deccan diventa sempre più debole se si confronta quello che è successo alla fine del Cretaceo con gli eventi della fine del Permiano e della fine del Triassico. E' noto - e ne ho parlato recentemente - che alla fine del Cretaceo si sono messi improvvisamente in posto gli espandimenti basaltici dei Trappi del Deccan.
Prima di questo evento ci sono state altre due estinzioni di massa principali in precisa corrispondenza con attività vulcanica simile: quella della fine del Permiano, esattamente contemporanea alle eruzioni dei Trappi della Siberia e l'estinzione della fine del Triassico che corrisponde temporalmente ai basalti della provincia magmatica dell'Atlantico Centrale. Quella della fine del Permiano è stata la più terribile delle estinzioni di massa: scomparvero il 96% delle specie marine ed il 70% dei vertebrati terrestri
Interessante notare che anche i basalti di Karroo contraddistinguono un limite stratigrafico importante, ma molto meno drastico, quello tra il Giurassico inferiore e il Giurassico medio. Sono un espandimento minore, principalmente affiorante in Sudafrica, ma essendosi deposti prima della rottura del Gondwana sono significativamente distribuiti anche in Antartide (terra della Regina Maud) e in Sudamerica (Paranà), Mi riprometto in un futuro prossimo di parlare di questi basalti, per la loro importanza nella storia della tettonica a placche.

A questo punto le relazioni fra eruzioni di trappi ed estinzioni di massa sono troppo precise per essere dei semplici sospetti. Però ovviamente è semplicistico “condannare” i trappi così: in altre parole, trovato il colpevole ci manca l'arma del delitto o, meglio, le ipotesi sono state fino ad oggi ancora un pò fumose.
Come ho già scritto, ad una parziale moria di massa causata da eruzioni vulcaniche è stato attribuito il livello Bonarelli, che contraddistingue la fine del Cenomaniano. In questo caso i ricercatori, i canadesi Turgeon e Creaser hanno ipotizzato che queste eruzioni avrebbero provocato un aumento di nutrienti in mare: l'eccessivo aumento di CO2 rese possibile una esplosione del fitoplancton che a sua volta ha consentito una esplosione della fauna che vi si nutriva tale da consumare tutto l'ossigeno delle acque. Morendo in massa, queste creature sono finita in fondo al mare senza decomporsi per la mancanza di ossigeno.

I sostenitori della colpevolezza dei Trappi del Deccan per l'estinzione della fine del Cretaceo ipotizzano che le creature terrestri si sarebbero estinte a causa del cambio della composizione atmosferica: diminuzione dell'ossigeno, rilascio di gas velenosi, aumento della radiazione ultravioletta per l'erosione dello strato di ozono, violente variazioni nella temperatura e nel clima che si sarebbero comunque riflesse anche sulle faune marine
E' interessante a questo proposito vedere come alcuni ecosistemi siano stati meno danneggiati di altri: ad esempio le creature degli ambienti fluviali sono uscite relativamente indenni da questa catastrofe (chissà.. forse dobbiamo a questo che oltre agli uccelli gli unici altri arcosauri oggi esistenti siano i coccodrilli). Notiamo che altri rettili di dimensioni oltre un metro vivevano in questi ambienti, i champsosauridi. Simili ma non imparentati ai coccodrilli, pure loro sono sopravvissuti a lungo alla fine dei loro simili

Ora, una nuova ricerca ipotizza che ai gas direttamente sprigionati dal magma se ne sarebbero sommati altri che sono un sottoprodotto dell'attività vulcanica. Ole Nielsen, commentando uno studio di alcuni geologi norvegesi sulla Siberia e i suoi trappi, annota che nella zona c'era un'altra ingente fonte di gas: il bacino della Tunguska, prima della fuoriuscita dei trappi, era probabilmente una enorme riserva di petrolio, impostata in evaporiti del Cambriano. Secondo i ricercatori, i magmi avrebbero reagito con le evaporiti e con i sedimenti ricchi in sostanze organiche presenti nella superficie di questa area e al di sotto di essa, liberando in atmosfera gas come CO2, metano e composti del cloro che avrebbero massivamente contribuito ad avvelenare l'atmosfera terrestre. Lo stesso fenomeno sarebbe avvenuto nelle altre occasioni in cui si sono generati magmi del genere.

Vediamo in particolare cosa è successo. La foto all'inizio del post, scattata in Antartide lungo un affioramento riferibile ai basalti di Karroo, mostra un sill di basalto (nero) intruso in arenarie chiare. Notate anche la presenza di sill minori. Le serie dei Trappi hanno dappertutto una caratteristica particolare: la massiccia presenza di questi filoni-strato, detti appunto “sills”, cioè magmi che si intrudono lungo strati preesistenti, in questo caso di rocce sedimentarie. La presenza di arenarie e altre rocce stratificate nelle aree in cui sono avvenute le eruzioni dei trappi ha fornito l'ambiente ideale per questa singolare messa in posto dei magmi che così, anziché uscire direttamente sulla superficie terrestre, hanno potuto reagire con le rocce incassanti a bassissime profondità. Queste reazioni hanno causato l'emissione di gas in atmosfera, soprattutto quando i magmi hanno interagito con i calcari e i cementi a base di calcite delle arenarie.
Ma c'è una seconda fonte di gas al di sotto delle lave: grossi spessori di sedimenti evaporitici, che sono una caratteristica comune delle zone a trappi. Le evaporiti sono sali che si depositano più o meno esattamente come quelli delle saline artificiali e sono spesso associate a giacimenti petroliferi. Non c'è una relazione diretta fra sedimentazioni evaporitiche e zone a trappi: le evaporiti sono rocce molto diffuse, in particolare all'inizio dei cicli sedimentari, quando da un ambiente di terraferma, approfondendosi il bacino per subsidenza o per fenomeni tettonici, si instaura una sedimentazione marina. E' comune vederne degli spessori superiori al kilometro: pensiamo in Europa ai depositi dello Zechstein del Permiano tedesco o alle evaporiti triassiche alla base del ciclo sedimentario appenninico. Quindi basta che i trappi si mettano in posto dove c'è un grosso bacino sedimentario (o i suoi resti) e la frittata è fatta. Ed è più facile per i magmi risalire in zone in cui la crosta è un po' assottigliata, come è normale che succeda in tutti i grandi bacini sedimentari.
Questi studi ci portano, finalmente, ad individuare la causa ed i meccanismi che hanno portato alle estinzioni di massa, eventi molto particolari per spiegare i quali era difficile applicare il criterio dell'attualismo, secondo il quale i processi geologici attuali consentono di capire quelli del passato. Infatti qualcosa di particolare era davvero successo o, meglio, le proporzioni di alcuni processi erano arrivate a dimensioni inimmaginabili, viste con gli occhi del presente.